据Slashdot 9月12日报道,法国替代能源与原子能委员会物理学家亚历克西斯·福雷斯蒂耶领衔的团队在实验室中制造并观测到一种此前仅存在于理论预测中的冰相。研究人员把微小水样置于最高230吉帕斯卡的压力和最高2630开尔文(2357摄氏度)的温度下,用同步辐射X射线探测其晶体结构变化,首次明确识别出六方密堆积冰,即hcp冰。相关结果已发表在《物理评论快报》上。
实验模拟的是冰巨星内部可能出现的极端条件。研究团队将水样夹在金刚石压砧的尖端之间加压,最高压力达到230吉帕斯卡,相当于地球海平面大气压的230万倍。作为对照,地球中心的压力约为360吉帕斯卡。与此同时,研究人员用激光将样品加热到数千开尔文,使其同时承受高压与高温。
在样品被压缩和加热后,团队使用一束极窄的同步辐射X射线束探测冰的晶体结构变化。Slashdot援引ScienceAlert的报道说,实验中出现的构型是六方密堆积冰。这种结构此前虽被理论预测,但未在实验中得到无歧义观测。hcp冰的识别因此成为这项研究的关键结果之一。
研究还观测到超离子行为的迹象。当hcp晶体被继续加热时,其膨胀表现出超离子行为的特征,表明样品可能在约1700开尔文进入超离子态。超离子冰被认为存在于天王星和海王星深处,其特殊性质可能参与产生这两颗行星同样特殊的磁场。不过,这一关联来自对行星内部的推测,实验本身聚焦于极端条件下冰的结构与状态。
论文发表信息显示,研究成果已刊登在《物理评论快报》。据Slashdot报道,这项实验由法国替代能源与原子能委员会团队完成,目标之一是考察冰巨星内部预期出现的条件。研究人员通过金刚石压砧和激光加热,在实验室中复现了高压高温环境,并用同步辐射X射线进行原位探测。