أكد فريق دولي من الباحثين تجريبيًا لأول مرة وجود مرحلة بلورية نادرة من الجليد الفائق التأين مع تعبئة قريبة سداسية (hcp). تم الحصول على المادة في ظل ظروف قاسية – عند درجات حرارة أعلى من 2300 درجة مئوية وضغط هائل يصل إلى 2.3 مليون ضغط جوي.. نتائج العمل المنشورة في المجلة رسائل المراجعة البدنيةويكشف عن سلوك غير معروف سابقًا للمياه في أعماق الكواكب العملاقة.

تتمتع المياه التي اعتدنا عليها بالعديد من الخصائص الشاذة، ولكن في البيئات القاسية يصبح سلوكها أكثر إثارة للدهشة. عند تسخينه إلى آلاف الدرجات، يتحول السائل عادة بسرعة إلى بخار، ويتوسع في الحجم. ولكن إذا ضغطت الماء تحت ضغط هائل، فسيتم منع التبخر: لا يمكن للجزيئات أن تنفصل وتشكل ما يسمى بالجليد الفائق التأين – وهي حالة هجينة من المادة تقع عند تقاطع المادة الصلبة والسائلة.

في حالة فائقة يتم ترتيب ذرات الأكسجين في شبكة بلورية صلبة، مميزة للمواد الصلبة، بينما تنتشر بروتونات الهيدروجين بحرية من خلالها، مثل جزيئات السائل. حتى وقت قريب، كان الفيزيائيون قادرين على ملاحظة الطور المكعب المتمحور حول الوجه (fcc) لمثل هذا الجليد، لكن النظرية تنبأت بوجود تكوينات أخرى.

وللنظر إلى أعماق المادة التي يتعذر الوصول إليها، وضع الفيزيائيون قطرات مجهرية من الماء بين أطراف سندانات الماس وضغطوها إلى 230 جيجا باسكال، وقاموا في نفس الوقت بتسخينها باستخدام أشعة الليزر تحت الحمراء. وباستخدام شعاع متناهية الصغر من إشعاع الأشعة السينية السنكروترونية، راقب العلماء إعادة هيكلة الشبكة البلورية في الوقت الفعلي.

عند ضغط أعلى من 197 جيجا باسكال ودرجة حرارة تبلغ حوالي 2000 درجة مئوية، تم تسجيل انتقال الهيكل إلى مرحلة hcp بوضوح. يتم ترتيب طبقات ذرات الأكسجين فيه بشكل مختلف عن الشبكة المكعبة. وقد أكدت التجارب أنه عند ضغوط أعلى من 200 جيجا باسكال، فإن البنية السداسية هي التي تصبح هي المهيمنة والأكثر استقرارًا.

يعد هذا الاكتشاف ذا أهمية قصوى ليس فقط للفيزياء الأساسية، ولكن أيضًا لعلوم الكواكب. يعد الجليد الفائق التأين أحد اللبنات الأساسية للجزء الداخلي من العمالقة الجليدية في النظام الشمسي، أورانوس ونبتون. ويعتقد أن البروتونات المتنقلة تزود الجليد بموصلية كهربائية عالية، مما يؤثر بشكل مباشر على تكوين دينامو كوكبي.

لقد أثارت المجالات المغناطيسية لأورانوس ونبتون اهتمام علماء الفيزياء الفلكية لفترة طويلة: فهي تميل بقوة بالنسبة إلى محاور الدوران ويتم إزاحتها بشكل غير متماثل من مراكز الكواكب. إذا كانت المرحلة السداسية الجديدة من الجليد تتمتع بمرونة ميكانيكية وموصلية مختلفة مقارنة بالمكعب، فإن هذا سيجبرنا على إعادة النظر في النماذج الحالية لتداول المادة والتيارات في عباءاتها.

أمام العلماء حسابات وتجارب نظرية جديدة ستساعد في تجميع مخطط طور كامل للسائل الأكثر روعة في الكون.