AJANSLAR -
Normal koşullarda düşünüldüğünde 2 bin derecenin üzerinde buz bulunması imkansız gibi görünüyor. Ancak aşırı yüksek basınç altında su, Dünya yüzeyinde karşılaşılmayan sıra dışı özellikler gösterebiliyor.
Fransa Alternatif Enerjiler ve Atom Enerjisi Komisyonundan fizikçi Alexis Forestier liderliğindeki araştırma ekibi, suyun aşırı sıcaklık ve basınç altında daha önce farklı biçimde gözlemlenen bir süperiyonik buz yapısına dönüştüğünü laboratuvar ortamında ortaya koydu.
Araştırmanın sonuçları Physical Review Letters dergisinde yayımlandı.
Suya 2,3 milyon atmosfer basınç uygulandı
Bilim insanları deney sırasında su örneklerini elmas örsler arasına yerleştirerek olağanüstü yüksek basınca maruz bıraktı. Örnekler daha sonra lazerlerle ısıtıldı.
Su üzerindeki basınç 230 gigapaskala, yani Dünya yüzeyindeki atmosfer basıncının yaklaşık 2,3 milyon katına kadar çıkarıldı.
Sıcaklık ise 2 bin 630 kelvine, yaklaşık 2 bin 357 santigrat dereceye ulaştırıldı. Normal koşullarda bu sıcaklıklardaki suyun gaz haline geçmesi veya moleküler yapısının değişmesi beklenirken, devasa basınç suyun serbestçe genleşmesini engelledi.
Ortaya çıkan yapı ne katı ne de sıvı
Araştırmacılar, örnekleri senkrotron X-ışını analizleriyle incelediklerinde suyun "altıgen sıkı düzen" (hcp) adı verilen kristal yapıya geçtiğini belirledi.
Ortaya çıkan süperiyonik buz, klasik anlamda ne tamamen katı ne de tamamen sıvı kabul ediliyor.
Bu egzotik madde halinde oksijen atomları katı bir kristal kafes içerisinde sabit kalırken hidrojen çekirdekleri bu yapının içinde hareket edebiliyor. Böylece aynı madde içerisinde katılara ve sıvılara özgü özellikler bir arada görülebiliyor.
Oksijen sabit, hidrojen hareket ediyor
Süperiyonik buzun sıra dışı özelliklerinin temelinde tam olarak bu atomik yapı bulunuyor.
Oksijen atomları düzenli ve katı bir iskelet meydana getirirken hidrojen çekirdekleri sıvılardaki parçacıklara benzer biçimde hareket edebiliyor.
Bu özellik, süperiyonik buzun elektriksel iletkenlik başta olmak üzere fiziksel özelliklerinin Dünya'da karşılaştığımız sıradan buzdan büyük ölçüde farklı olmasına yol açıyor.
Basınç arttıkça buzun kristal yapısı değişti
Bilim insanları daha önce süperiyonik buzu yüzey merkezli kübik (fcc) kristal yapıda gözlemlemişti. Yeni deneyler ise basınç ve sıcaklık yükseldikçe yapının değişebildiğini gösterdi.
Araştırmacılar 155 gigapaskal basınç ve 2 bin kelvin sıcaklıkta farklı kristal düzenlerin birlikte bulunduğu karma bir yapı tespit etti.
Basınç 219 gigapaskala, sıcaklık ise 2 bin 630 kelvine yükseldiğinde hcp kristal yapısının tamamen baskın hale geldiği görüldü.
Yeni buz türü Uranüs ve Neptün'ün sırrını çözebilir
Keşfin önemi yalnızca laboratuvarda yeni bir buz yapısının elde edilmiş olmasıyla sınırlı değil.
Bilim insanları Uranüs ve Neptün gibi buz devi gezegenlerin derinliklerinde, suyun Dünya'dakinden tamamen farklı koşullarda bulunduğunu düşünüyor.
Bu gezegenlerin iç kısımlarındaki olağanüstü yüksek basınç ve sıcaklıkların, süperiyonik buzun oluşabileceği koşullara ulaşabileceği tahmin ediliyor.
Gezegenlerin sıra dışı manyetik alanları mercek altında
Uranüs ve Neptün, Güneş Sistemi'ndeki diğer gezegenlerden farklı ve oldukça karmaşık manyetik alanlara sahip.
Araştırmacılar, gezegenlerin derinliklerinde bulunabileceği düşünülen süperiyonik buzun elektriksel iletkenliğinin ve mekanik özelliklerinin, bu sıra dışı manyetik alanların nasıl oluştuğunu açıklamada önemli rol oynayabileceğini değerlendiriyor.
Yeni keşfedilen hcp yapısının özelliklerinin daha ayrıntılı incelenmesi, bilim insanlarının buz devi gezegenlerin iç yapılarına ilişkin mevcut modellerini geliştirmesine yardımcı olabilir.
Bildiğimiz buzdan tamamen farklı
Dünya'da günlük yaşamda karşılaşılan buz, su moleküllerinin düşük sıcaklıkta düzenli bir kristal yapı oluşturmasıyla meydana geliyor. Yeni araştırmadaki süperiyonik yapı ise bunun neredeyse tam tersi koşullarda ortaya çıkıyor.
Yaklaşık 2 bin 357 derece sıcaklık ve milyonlarca atmosferlik basınç altında oluşabilen bu yapı, maddenin aşırı koşullarda günlük yaşamda bildiğimiz fizik kurallarından ne kadar farklı davranabileceğini bir kez daha gösteriyor.
Araştırmacıların bundan sonraki çalışmalarının, yeni süperiyonik buz yapısının iletkenlik, kararlılık ve diğer fiziksel özelliklerinin belirlenmesine ve Uranüs ile Neptün modellerine nasıl yansıyacağının anlaşılmasına odaklanması bekleniyor.
