Научное сообщество зафиксировало значительный прорыв в изучении фундаментальных свойств воды: открыта двадцать первая форма льда, получившая обозначение Лед XXI. Это открытие, представленное в журнале «Nature Materials», кардинально меняет устоявшиеся представления о том, как молекулы H2O могут структурироваться в твердом состоянии, особенно при нарушении стандартных температурно-барических рамок. Лед XXI представляет собой метастабильную фазу с тетрагональной кристаллической структурой, которая смогла проявиться при комнатной температуре, однако только под воздействием колоссального сжатия.
Исследования проводились на базе Европейского рентгеновского лазера XFEL и источника фотонов PETRA III в немецких исследовательских центрах, включая специалистов из DESY. Ключевую роль в работе сыграли ученые из Корейского научно-исследовательского института стандартов и науки (KRISS). Суть эксперимента заключалась в беспрецедентно быстрой манипуляции с образцом воды: ее сжимали до давления, достигающего 2 гигапаскалей, что приблизительно эквивалентно 20 000 атмосфер, всего за 10 миллисекунд. Для этого использовалась ячейка с алмазными наковальнями. Процесс повторялся тысячи раз, а молекулярные изменения фиксировались с частотой один миллион снимков в секунду, что позволило детально проследить процесс кристаллизации.
Новая структура отличается от двадцати уже известных науке модификаций льда. Ее тетрагональная решетка характеризуется наличием необычно крупных элементарных ячеек, в которых, согласно анализу на лучевой линии P02.2 PETRA III, содержится 152 молекулы воды. Ученые, в частности Гын У Ли из KRISS, отметили, что столь быстрое сжатие позволяет воде сохранять жидкое состояние при давлении, при котором она уже должна была перейти в Лед VI — фазу, существование которой предполагается в недрах ледяных спутников, таких как Титан и Ганимед.
Хотя немедленное практическое применение этого открытия в бытовых условиях ограничено из-за экстремальных условий его формирования, его значение для астрофизики трудно переоценить. Понимание поведения воды в таких режимах открывает новые перспективы для моделирования внутреннего строения ледяных планет и их спутников. Это знание служит катализатором для пересмотра существующих моделей, поскольку каждая новая фаза, подобно Льду XXI, отражает скрытые возможности материи. Сам факт демонстрации столь сложной изменчивости водой, столь привычной субстанцией, напоминает о безграничном потенциале познания, скрытом даже в простейших системах, побуждая исследователей к дальнейшему поиску не обнаруженных высокотемпературных метастабильных состояний.