Świat nauki odnotował znaczący przełom w badaniach fundamentalnych właściwości wody. Odkryto dwudziestą pierwszą formę lodu, którą oficjalnie nazwano Lód XXI. To rewolucyjne odkrycie, szczegółowo opisane na łamach prestiżowego czasopisma „Nature Materials”, podważa dotychczasowe założenia dotyczące tego, jak molekuły H2O mogą się organizować w stanie stałym, zwłaszcza gdy standardowe ramy temperaturowe i ciśnieniowe zostają przekroczone. Lód XXI jest fazą metastabilną, charakteryzującą się tetragonalną strukturą krystaliczną. Udało się ją uzyskać w temperaturze pokojowej, lecz wymagało to zastosowania kolosalnego ściskania.
Badania, które doprowadziły do tej niezwykłej syntezy, przeprowadzono w niemieckich ośrodkach badawczych, wykorzystując Europejski rentgenowski laser XFEL oraz źródło fotonów PETRA III, z udziałem specjalistów z DESY. Kluczową rolę w realizacji projektu odegrali naukowcy z Koreańskiego Instytutu Badawczego Standardów i Nauki (KRISS). Sedno eksperymentu polegało na bezprecedensowo szybkiej manipulacji próbką wody: została ona ściśnięta do ciśnienia osiągającego 2 gigapascale, co odpowiada w przybliżeniu 20 000 atmosfer, w niewiarygodnie krótkim czasie 10 milisekund. Do tego celu wykorzystano specjalną komorę z diamentowymi kowadłami.
Proces ten powtórzono tysiące razy, a zmiany molekularne rejestrowano z oszałamiającą częstotliwością miliona klatek na sekundę. Pozwoliło to na szczegółowe śledzenie procesu krystalizacji. Nowo odkryta struktura Lodu XXI wyraźnie różni się od dwudziestu już znanych nauce modyfikacji lodu. Jej sieć tetragonalna wyróżnia się obecnością niezwykle dużych komórek elementarnych. Analiza przeprowadzona na linii promieni P02.2 PETRA III wykazała, że każda z tych komórek zawiera aż 152 molekuły wody.
Jak zauważył Geun Woo Lee z KRISS, tak gwałtowne ściskanie umożliwiło wodzie zachowanie stanu ciekłego pod ciśnieniem, przy którym normalnie powinna przejść w Lód VI – fazę, której istnienie jest postulowane we wnętrzach lodowych księżyców, takich jak Tytan i Ganimedes. Chociaż natychmiastowe praktyczne zastosowanie tego odkrycia w życiu codziennym jest ograniczone ze względu na ekstremalne warunki jego powstawania, jego znaczenie dla astrofizyki jest nie do przecenienia. Zrozumienie zachowania wody w takich reżimach otwiera nowe horyzonty dla modelowania wewnętrznej budowy planet lodowych i ich satelitów.
Ta wiedza stanowi katalizator do rewizji istniejących modeli, ponieważ każda nowa faza, podobnie jak Lód XXI, ujawnia ukryte możliwości materii. Sam fakt zademonstrowania tak złożonej zmienności przez wodę, substancję tak powszechną, przypomina o nieograniczonym potencjale poznania ukrytym nawet w najprostszych układach. Zachęca to badaczy do dalszych poszukiwań nieodkrytych, wysokotemperaturowych stanów metastabilnych, udowadniając, że nawet w dobrze zbadanych obszarach wciąż czekają na nas fundamentalne niespodzianki.