Эксперименты показали, что при сжатии свыше 222 гигапаскалей структура твёрдой воды становится менее симметричной, чем у ранее изученной фазы льда X Физики обнаружили экспериментальные признаки перехода льда в новую структурную фазу при давлении выше 222 гигапаскалей — примерно в 2,2 миллиона раз больше атмосферного давления на уровне моря. В этих условиях твёрдая вода перестаёт сохранять кубическую симметрию кристаллической решётки. Результаты уточняют границу существования льда X — плотной фазы воды, в которой атомы образуют кубическую структуру. Чтобы получить такие давления, учёные сжимали образцы воды между алмазными наковальнями. Структуру вещества изучали с помощью синхротронной рентгеновской дифракции: рентгеновские лучи рассеиваются на упорядоченно расположенных атомах, а по возникающей картине можно восстановить особенности кристаллической решётки. Измерения проводили при комнатной температуре. До отметки около 222 гигапаскалей данные соответствовали льду X, но при дальнейшем сжатии на дифракционной картине появился дополнительный пик, а при 230 гигапаскалях разделение пиков стало отчётливым. Источник изображения: Josh Hawkins/UNLV Наблюдаемое изменение нельзя объяснить только механическими напряжениями, возникающими при неравномерном сжатии образца. Такие напряжения способны расширять дифракционные пики и искажать картину, однако не объясняют появление новых отражений и устойчивое расщепление пиков. Учёные также проверили, можно ли объяснить эффект значительным перепадом давления внутри образца, но расчёт показал, что для этого потребовалась бы неправдоподобно большая разница давлений. По экспериментальным данным пока нельзя однозначно установить точное строение новой фазы. Результаты согласуются с двумя вариантами кристаллической симметрии — орторомбической Pbcm и тетрагональной P42/nnm. Первый вариант энергетически предпочтительнее в теоретических расчётах, однако второй лучше описывает полученную дифракционную картину. Из-за крайне малых размеров образцов и ограничений рентгеновских измерений исследователям пока не удалось определить структуру окончательно. Переход интересен тем, что при сжатии вещества часто стремятся к плотной и простой упаковке атомов, но экстремальные давления могут приводить и к снижению симметрии. В случае льда X изменение структуры сопровождается перестройкой расположения атомов кислорода и водорода. По расчётам, новая фаза плотнее исходной, а изменение связей между атомами может влиять на свойства воды при экстремальном сжатии. Результаты имеют значение и для моделей планет, богатых водой. Данные космического аппарата «Вояджер-2» и расчёты внутреннего строения Урана и Нептуна допускают существование в недрах этих планет обширных водосодержащих слоёв при давлениях, охватывающих диапазон, изученный в лаборатории. Кристаллическая структура вещества влияет на его плотность, электропроводность и перенос тепла, а значит, и на модели внутренней динамики планет и формирования их магнитных полей. При этом авторы подчёркивают: пока не установлено, сохраняется ли обнаруженная низкосимметричная фаза при высоких температурах, характерных для недр планет.