Suyun yeni hali süper iyonik buzun atomik yapısı keşfedildi

TM Dijital Haber Merkezi

Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı’ndan (LLNL) bilim insanları, suyun hem su hem buz özellikleri gösteren bir hali olan “süper iyonik buz” adı verilen haline ulaşmak için dev lazerler kullandılar ve bunda başarılı oldular.

Bilim insanlarının ilk olarak 1988 yılında ortaya attıkları fenomende normal buz, su moleküllerinin katı hale gelecek şekilde bağlanmış haliyken, süper iyonik buzun pozitif ya da negatif yük taşıyan atomlardan oluştuğunu ve yapısı katı bir halde bulunan oksijen iyonlarının etrafında dönen hidrojen iyonlarından oluştuğunu tahmin ettiler.

Maddenin, çok yüksek ısı ve basınca ihtiyaç duymasından dolayı Uranüs ve Neptün gibi uzak gezegenlerde bulunduğu tahmin ediliyordu. Bu tahminler, LLNL’den bilim insanları tarafından yönetilen bir ekibin bu tuhaf su durumu için 2018 yılında ilk deneysel kanıtı sunmasına kadar devam etti.

Deney bulgularının bugün Nature’da rapor edildiği araştırmada, LLNL bilim insanları yeni sonuçlar tanımladılar: Lazerle tahrik edilen şok dalgaları ve yerinde X-ışını kırınımı kullanarak, bir kristalin oksijen kafesinin bir saniyenin milyarda birinde çekirdeklenmesini gözlemleyerek, ilk kez süper iyonik buzun mikroskobik yapısını ortaya çıkardılar.

VERİLER BUZ DEVİ GEZEGENLERİN İÇ YAPILARI HAKKINDA DAHA FAZLA BİLGİ SAĞLAYACAK

Makalenin ortak yazarı olan ve LLNL bünyesinde faaliyet gösteren fizikçi Federica Coppari, “Süper iyonik suyun atomik yapısını belirlemek istedik. Ancak aşırı koşullar göz önüne alındığında bu zorlu maddenin durumunun kararlı olduğu, tahmin edilen suyu bu basınçlara ve sıcaklıklara sıkıştırmak ve aynı anda atomik yapının anlık görüntülerini almak, yenilikçi bir deneysel tasarım gerektiren son derece zor bir işti.” ifadesini kullandı.

Araştırmacılar, Rochester Üniversitesi’nin Lazer Enerjetik Laboratuvarı’ndaki (LLE) Omega Lazer Tesisi’nde bir dizi deney yaptı. İnce bir tabakayı sıkıştırmak için aşamalı olarak artan yoğunlukta bir şok dalgası dizisi oluşturmak için altı dev lazer ışını kullandılar. Deney esnasında su, aşırı basınçlara (100-400 gigapaskal (GPa) veya Dünya’nın atmosferik basıncının 1-4 milyon katı) ve sıcaklıklara (100-400 gigapaskal (GPa)) 1,650 ila 2,200 derece) maruz bırakıldı.

LLNL’de fizikçi ve yardımcı yazar Marius Millot, “Deneyi, suyu katı buza donacak şekilde sıkıştırması için tasarladık, ancak buz kristallerinin, basınç-sıcaklık koşullarını tutabileceğimiz bir saniyenin birkaç milyarda birinde oluşup büyüyeceği kesin değildi.” dedi.

Ekip, kristalleşmeyi belgelemek, atomik yapıyı tanımlamak ve sıcak bir plazma oluşturmak için 16 ek lazer darbesiyle küçük bir demir folyoyu patlattı. Bu, öngörülen stabiliteye getirilen sıkıştırılmış su örneğini aydınlatmak için tam olarak zamanlanmış bir X-ışını flaşı üretti.

Coppari, “Ölçtüğümüz X ışını kırınım desenleri, ultra hızlı şok dalgası sıkıştırması sırasında oluşan yoğun buz kristalleri için kesin bir imzadır ve katı buzun sıvı sudan çekirdeklenmesinin, deneyin nano-saniye zaman çizelgesinde gözlenecek kadar hızlı olduğunu göstermektedir.” dedi.

Millot, “Önceki çalışmalarda sadece iç enerji ve sıcaklık gibi makroskobik özellikleri ölçebildik. Bu nedenle, atomik yapıyı belgelemek için yeni ve farklı bir deney tasarladık. Oksijenin kristal örgüsünün varlığına ilişkin doğrudan kanıt bulmak, süper iyonik su buzunun varlığına ilişkin bulmacanın son eksik parçasını getirdi.” ifadelerini kullandı.

X-ışını kırınım desenlerinin, artan basınç ve sıcaklık koşullarını gerektiren farklı deneyler için nasıl değiştiğini analiz eden ekip, yoğun su buzu için daha önce bilinmeyen bir yüz merkezli kübik (fcc) atomik yapıya bir faz geçişi tanımladı.

Coppari, “Suyun, XVII’ye kadar buz Ih, II, III olarak bilinen birçok kristal yapıya sahip olduğu bilinmektedir. Öyleyse, yeni fcc katı halini ‘buz XVIII’ olarak adlandırmayı öneriyoruz. Bilgisayar simülasyonları, süper iyonik buz için bir dizi farklı olası kristal yapı önermiştir. Çalışmamız, sayısal yöntemlere kritik bir test sunmaktadır. “

Takımın verileri, buz devi gezegenlerin iç yapısı için derin etkilere sahiptir. Süper iyonik buz nihayetinde katı olduğu için, bu gezegenlerin düzgün bir şekilde hızlı bir şekilde akıcı akışkan katmana sahip oldukları fikri artık geçerli değildir.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir