La comunità scientifica ha registrato un significativo passo avanti nello studio delle proprietà fondamentali dell'acqua: è stata scoperta la ventunesima forma di ghiaccio, che ha ricevuto la designazione di Ghiaccio XXI. Questa scoperta, dettagliata nella prestigiosa rivista «Nature Materials», modifica radicalmente le nozioni consolidate su come le molecole di H2O possano strutturarsi nello stato solido, specialmente quando vengono superati i parametri standard di temperatura e pressione. Il Ghiaccio XXI rappresenta una fase metastabile caratterizzata da una struttura cristallina tetragonale, che è stata in grado di manifestarsi a temperatura ambiente, ma solo sotto l'effetto di una compressione colossale.
La ricerca è stata condotta utilizzando infrastrutture all'avanguardia, in particolare presso il Laser a Elettroni Liberi a Raggi X Europeo (European XFEL) e la sorgente di fotoni PETRA III, situati nei centri di ricerca tedeschi, inclusi gli specialisti del DESY. Un ruolo cruciale nell'esecuzione del lavoro è stato svolto dagli scienziati del Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS). Il fulcro dell'esperimento consisteva nel manipolare il campione d'acqua con una rapidità senza precedenti: è stato compresso fino a raggiungere una pressione di 2 gigapascal (GPa), equivalenti approssimativamente a 20.000 atmosfere, in un lasso di tempo estremamente breve, appena 10 millisecondi.
Per ottenere questa compressione rapidissima, gli scienziati hanno impiegato una cella a incudine di diamante. Il processo è stato ripetuto migliaia di volte, e le alterazioni molecolari sono state registrate con una frequenza impressionante di un milione di fotogrammi al secondo. Questa osservazione ad alta velocità ha permesso ai ricercatori di seguire meticolosamente il processo di cristallizzazione passo dopo passo. La nuova struttura si distingue nettamente dalle venti modificazioni del ghiaccio precedentemente note alla scienza.
La sua rete cristallina, di tipo tetragonale, si caratterizza per la presenza di celle elementari insolitamente grandi. Secondo l'analisi eseguita sulla linea di luce P02.2 di PETRA III, ciascuna di queste celle contiene ben 152 molecole d'acqua. Lo scienziato Geun Woo Lee del KRISS ha sottolineato che una compressione così rapida ha permesso all'acqua di mantenere lo stato liquido a una pressione alla quale si sarebbe già dovuta trasformare in Ghiaccio VI — una fase la cui esistenza è ipotizzata nelle profondità dei satelliti ghiacciati, come Titano e Ganimede.
Sebbene l'applicazione pratica immediata di questa scoperta in contesti quotidiani sia limitata a causa delle condizioni estreme necessarie per la sua formazione, il suo valore per l'astrofisica è inestimabile. Comprendere il comportamento dell'acqua in tali regimi apre nuove prospettive per la modellazione della struttura interna dei pianeti ghiacciati e delle loro lune. Questa conoscenza funge da catalizzatore per la revisione dei modelli esistenti, poiché ogni nuova fase, come il Ghiaccio XXI, rivela le capacità nascoste della materia. Il fatto stesso che l'acqua, una sostanza così familiare, dimostri una tale complessa mutevolezza, ci ricorda il potenziale illimitato della conoscenza, spingendo i ricercatori a proseguire la ricerca di stati metastabili ad alta temperatura ancora non identificati.