Фізики з французьких та європейських інститутів отримали одну з найнезвичайніших відомих форм льоду. Вона виникає під тиском 2,3 мільйона атмосфер і за температури 2630 кельвінів, тобто 2357 °C. Це майже половина температури поверхні Сонця.

Такий тиск більш ніж у 2000 разів перевищує умови на дні Маріанської западини і становить близько 64% тиску в центрі Землі. Інтуїтивно вода за такої спеки мала б стати газом або розпастися на атоми. Проте за астрономічного стискання розширення зупиняється. Речовина залишається надзвичайно щільною і набуває екзотичної структури.

Суперіонний лід і нова кристалічна фаза

Цей стан називають суперіонним льодом. Атоми кисню стоять нерухомо в жорсткій кристалічній решітці, як у твердому тілі. Ядра водню вільно рухаються крізь неї, подібно до частинок рідини. Відомо вже понад двадцять різновидів водяного льоду. Частина з них за екстремальних умов переходить у суперіонний стан.

Команда під керівництвом фізика Алексіса Форестьє стискала невеликі зразки води між алмазними ковадлами до 230 гігапаскалів. Одночасно матеріал нагрівали лазерами. Зміни структури відстежували точним пучком рентгенівського випромінювання із синхротрона.

Дослідники виявили гексагональну щільну упаковку атомів кисню — структуру hcp. Раніше її лише передбачали теорією. Відомий до цього суперіонний лід мав гранецентровану кубічну решітку fcc. Нова фаза відрізняється порядком укладання шарів. Теплове розширення кристала hcp вказувало на суперіонний перехід близько 1700 кельвінів. За найвищих умов — 219 гігапаскалів і 2630 кельвінів — фаза hcp стала домінуючою.

Що це означає для Урана і Нептуна

Суперіонний лід, імовірно, існує глибоко всередині крижаних гігантів — Урана та Нептуна. Його незвичні властивості можуть впливати на своєрідні магнітні поля цих планет. Знання про лід hcp поки обмежені. Вчені пропонують нові теоретичні розрахунки механічних властивостей і електропровідності, а також експерименти, які точно окреслять діапазон стабільності цієї структури порівняно з fcc.