Учёные продемонстрировали одну из самых необычных форм льда: она существует при чудовищном давлении до 2,3 миллиона атмосфер и температуре до 2630 кельвинов, или 2357 градусов Цельсия.
Когда вода переходит из жидкого состояния в газообразное, то есть превращается в пар, она расширяется. Под огромным давлением, составляющим миллионы атмосфер, это расширение сдерживается. В результате вода может сохранять чрезвычайно высокую плотность, принимая необычные формы, не похожие ни на один из видов льда, с которыми мы сталкиваемся на поверхности Земли. Одна из таких экзотических форм вещества — суперионный лёд, необычное состояние, которое нельзя назвать полностью твёрдым или жидким. Атомы кислорода в нём остаются зафиксированными в жёсткой кристаллической решётке, как в твёрдом теле. Однако ядра водорода свободно перемещаются через эту решётку, напоминая частицы жидкости. Считается, что суперионный лёд может существовать глубоко внутри Урана и Нептуна, а его необычные свойства способны играть роль в формировании столь же необычных магнитных полей этих планет.
В новых экспериментах группа под руководством физика Алексиса Форестье из французского Комиссариата по атомной и альтернативным видам энергии подвергла крошечные образцы воды воздействию экстремальных условий, характерных для недр ледяных гигантов. Образцы сжимали между алмазными наковальнями до давления в 230 гигапаскалей и одновременно нагревали лазерами до нескольких тысяч градусов.
В результате исследователи обнаружили структуру, существование которой ранее предсказывалось теоретически, но которую до сих пор не удавалось однозначно наблюдать в эксперименте: гексагональную плотноупакованную, или hcp‑фазу льда. При нагревании её тепловое расширение также продемонстрировало признаки суперионного поведения, что указывает на переход в суперионное состояние примерно при 1700 кельвинах.
