Використовуючи надпотужні лазери, вчені підірвали дешевий пластик і перетворили його на крихітні «наноалмази», тим самим підтвердивши існування екзотичного нового типу води. Отримані дані потенційно можуть розкрити існування алмазного дощу на крижаних гігантах у нашій Сонячній системі та пояснити, чому ці холодні світи мають такі дивні магнітні поля. Техніка лазерного вибуху може мати більш земне застосування.
Наноалмази — це алмази розміром лише кілька нанометрів або мільярдних частки метра. У них є як існуюче, так і потенційне застосування, такі як перетворення вуглецю на інші гази та доставка ліків в організм, сказав співавтор дослідження Домінік Краус, фізик з Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf у Німеччині. «Наноалмази також можна використовувати як надмалі і дуже точні квантові сенсори температури і магнітних полів, що може призвести до безлічі застосувань», – сказав Краус. За його словами, цей метод також може зменшити забруднення пластиком, створивши фінансовий стимул для очищення та перероблювання пластику в океані.
Протягом багатьох років планетологи підозрювали, що алмази утворюються в холодних надрах крижаних гігантів, таких як Нептун та Уран. Якщо ці алмази справді сформуються, вони проллються дощем крізь нутрощі цих заморожених світів.
Щоб перевірити цей процес, дослідники взяли аркуш пластику з поліетилентерефталату (ПЕТ) — того самого, що використовується у пластикових пляшках — та використали потужний оптичний лазер, встановлений у приладі Matter in Extreme Conditions у Національній прискорювальній лабораторії SLAC для нагрівання пластику приблизно до 6 тис.° С.
Це створило тиск, що в мільйони разів перевищує тиск земної атмосфери всього за мільярдні частки секунди. Цей нищівний тиск настільки нагрів пластик, що атоми вуглецю в ньому перетворювалися на кристалічну структуру, а водень і кисень дрейфували через ці решітки.
«Використовуючи потужний рентгенівський лазер, ми могли заглянути всередину зразка і зняти відеоролики про хімічні реакції, що там відбуваються», — сказав Краус. «Ми спостерігали дуже ефективне утворення наноалмазів усередині стисненого пластику в рамках наших експериментів — лише за кілька наносекунд». Звичайний пластик, з якого виготовляють звичайні пластикові пляшки, може бути оброблений лазером для створення цінних наноалмазів.
Нове дослідження показує, що цей тип утворення алмазів може бути поширенішим, ніж вважали вчені раніше, що підвищує ймовірність того, що крижані гіганти можуть мати товсті алмазні шари навколо своїх твердих ядер.
Експеримент також переконливо свідчить про те, що при високих температурах і тисках усередині таких крижаних світів виникає екзотичний стан води, званий суперіонним водяним льодом. Ця дивна форма води дозволяє протонам рухатися через решітку атомів кисню. За словами Крауса, якщо така суперіонна вода існує на крижаних гігантах, таких як Уран та Нептун, рух протонів через цей екзотичний тип матерії може допомогти створити специфічні магнітні поля, які спостерігаються на цих планетах.
Минули розрахунки припускали, що атоми вуглецю, які, ймовірно, знаходяться в надрах планет, зроблять будь-яку суперіонну воду, що сформувалася там, надзвичайно нестабільною. Але «наші експерименти тепер показують, що вуглець і вода змішуються при утворенні алмазів», — сказав Краус. «Таким чином, усередині планет може бути ізольована вода, що робить утворення суперіонної води імовірнішим».
І незабаром космічний апарат зможе відвідати наших крижаних сусідів, щоб побачити, чи справді там є алмазний дощ та екзотична вода. «Ми сподіваємося, що протягом наступного десятиліття до Урану буде запущено новий космічний зонд NASA, який щойно був визначений, як найвищий пріоритет у десятирічному дослідженні», – сказав Краус.
Висновки також можуть знайти ширше комерційне застосування. Прямо зараз люди виробляють наноалмази, підриваючи вуглець або більші алмази вибухівкою, створюючи мішанину з алмазів різного розміру. За словами Крауса, новий метод стане кращим способом виготовлення діамантів певних розмірів.
Ви можете допомогти Україні боротися з російськими окупантами. Найкращий спосіб зробити це – пожертвувати кошти Збройним Силам України через Savelife або через офіційну сторінку НБУ.
Читайте також: