Almanya'daki Avrupa XFEL tesisinde gerçekleştirilen deneyler sırasında, suyun bilim insanlarının daha önce hiç görmediği bir kristal formu ortaya çıkarıldı. Buz XXI adı verilen bu yeni madde, aşırı basınç koşulları altında ve oda sıcaklığında oluşabilen tuhaf bir faz olarak tanımlanıyor. Araştırmacılar, bu keşfin su moleküllerinin davranışı hakkında ülke sınırlarını aşan yeni bilgiler sunduğunu belirtiyorlar.
Suyun gizli yüzleri: 20'den fazla buz fazı
Günlük hayatta tanıdığımız buz, teknik olarak buz I olarak bilinir ve bu, suyun kristal formlarının sadece başlangıcıdır. Sıradan H2O'yu farklı sıcaklık ve basınç koşullarına maruz bırakmak, bu basit maddenin 20'den fazla farklı fazıyla sonuçlanabilmektedir. Neptün gibi uzak gezegenlerde yaşayan varsayımsal yaşam formları, içeceklerine buz XVIII gibi egzotik türler atıyor olabilir. Her bir buz fazı, belirli sıcaklık ve basınç aralıklarında ortaya çıkan kendine özgü kristal yapısına sahiptir. Bu çeşitlilik, suyun evrendeki ne kadar karmaşık bir madde olduğunu göstermektedir.
Buz XXI'nin benzersiz kristal yapısı
Yeni keşfedilen buz XXI, 152 su molekülünden oluşan oldukça büyük tekrarlayan birimlerle dörtgen bir kristal yapısına sahiptir. Bu yapı, onu bilinen diğer tüm buz fazlarından temelden farklı kılmaktadır. Buz XXI'nin moleküler düzeni, suyun kristalleşme sürecinde izleyebileceği birden fazla yolun varlığını göstermektedir. Araştırmacılar, bu yeni buz türünün suyun buz VI olarak bilinen başka bir egzotik faza dönüşme yolunda birkaç olası ara aşamadan biri olduğunu tespit etmişlerdir. Bu keşif, su moleküllerinin basınç altında nasıl davrandığı konusunda önemli ipuçları sunmaktadır.
Avrupa XFEL'deki devasa basınç deneyleri
Araştırmacılar, Almanya'daki Avrupa XFEL tesisinde bir elmas örs hücresi kullanarak suyu 10 milisaniye içinde 2 gigapaskale kadar (deniz seviyesindeki hava basıncının yaklaşık 20.000 katı) basınçlara sıkıştırdılar. Bu muazzam basınç, suyun normal koşullarda asla ulaşamayacağı bir durumu yaratmıştır. Daha sonra araştırmacılar basıncı nispeten yavaş bir şekilde, bir saniyelik rahat bir süre boyunca serbest bıraktılar ve ardından süreci 1.000'den fazla kez tekrarladılar. Tüm bu süre boyunca, X-ışınları saniyede bir milyon görüntü yakalayarak kristal yapısının nasıl değiştiğini detaylı biçimde kaydettiler. Bu yüksek hızlı görüntüleme tekniği, buz XXI'nin oluşum sürecini gerçek zamanlı olarak izlemeyi mümkün kılmıştır.
Dinamik elmas örs hücresi ve X-ışını teknolojisi
Kore Standartları ve Bilim Araştırma Enstitüsü'nde fizikçi Geun Woo Lee, Avrupa XFEL'in benzersiz X-ışını darbeleriyle, dinamik bir elmas örs hücresi kullanılarak 1.000 defadan fazla hızlı biçimde sıkıştırılan ve basıncı düşürülen H2O'da birden fazla kristalleşme yolunu ortaya çıkardıklarını açıklamıştır. Bu teknoloji, suyun kristal yapısının mikro düzeyde nasıl evrimleştiğini gözlemlemek için gerekli olan hassasiyeti sağlamıştır. Elmas örs hücresinin kullanılması, çok yüksek basınçları uygulamak için ideal bir ortam oluşturmuştur. X-ışını lazeri ise bu süreçte meydana gelen değişiklikleri anlık olarak tespit etmeyi mümkün kılmıştır. Bu kombinasyon, bilim insanlarına su moleküllerinin davranışını hiç olmadığı kadar detaylı biçimde inceleme fırsatı vermiştir.
Uzay ve buzlu uydulardaki yeni buz fazlarının olasılığı
Araştırmacılar, buz XXI'nin keşfinin, buzlu uydularda ve gezegenlerde hala bilinmeyen diğer buz fazlarının var olabileceğini öne sürdüğünü belirtmektedir. Satürn'ün uydusu Enceladus ve Jüpiter'in uydusu Europa gibi buzlu gök cisimlerinde, Dünya'da henüz keşfedilmemiş buz türleri bulunabilir. Bu yeni buz XXI'nin varlığı, evrenin diğer köşelerinde suyun ne kadar çeşitli formlar alabileceğini göstermektedir. Bilim insanları, bu keşfin uzay araştırmaları ve ekzoplanet çalışmaları için önemli çıkarımlar taşıdığını düşünmektedir. Gelecekteki araştırmalar, bu yeni buz fazının kozmik ortamlarda nasıl oluştuğunu ve ne gibi özelliklere sahip olduğunu daha derinlemesine incelemeyi hedeflemektedir.
Sonuç olarak, buz XXI'nin keşfi, suyun kristal yapıları hakkında bilim insanlarının anlayışını önemli ölçüde genişletmiştir. Avrupa XFEL'deki bu başarılı deney, gelecekte daha birçok yeni madde fazının keşfedilmesinin kapısını açmıştır. Suyun gizemli dünyası, araştırmacıların merakını uyandırmaya ve yeni sorular sormasına devam etmektedir.
