Phòng thí nghiệm Năng lượng Laser ở Brighton, New York đã công bố kết quả nghiên cứu rất thú vị. Họ dùng một trong những tia laser mạnh nhất thế giới chiếu vào giọt nước, tạo ra sóng xung kích làm tăng áp lực nước lên hàng triệu lần áp suất khí quyển, với mức nhiệt hàng nghìn độ.
Khoảnh khắc chùm tia X chiếu xuyên qua giọt nước đã cho loài người cái nhìn về một trạng thái tồn tại khác của nước: Bên trong sóng xung kích không hóa thành trạng thái lỏng hoặc khí siêu nóng mà là băng kết tinh.
Phát hiện này đã xác nhận sự tồn tại của trạng thái “Nước superionic” (hoặc “băng đá ion”), dạng mới của nước với các tính chất kỳ dị. Không giống như băng trong tủ đông, nước superionic có màu đen và rất nóng. Ngoài ra, tỷ trọng của nó gấp 4 lần nước bình thường.
 |
| Nhà vật lý Federica Coppari tại Phòng thí nghiệm Năng lượng Laser đang xem bức ảnh nhiễu xạ tia X, dùng để tìm ra dạng nước superionic. Ảnh: Wired. |
Về mặt lý thuyết, trạng thái này đã được tiên đoán tồn tại từ hơn 30 năm trước. Trước đó, các nhà khoa học cho rằng đây có thể là một trong những dạng nước phong phú nhất của vũ trụ.
Nước superionic được cho là tồn tại bên trong sao Thiên Vương và Hải Vương. Việc phát hiện được trạng thái này có thể giải quyết nhiều bí ẩn của những hành tinh đá khổng lồ.
Nếu tính luôn trạng thái phân bố lục giác của các phân tử nước trong băng thông thường, các nhà khoa học đã khám phá ra đến 17 cấu trúc phân tử khác nhau của nước ở thể rắn. Giờ đây, “băng đá ion” chính thức là trạng thái thứ 18.
Băng đá ion khác với những cấu trúc đã được tìm ra trước đó. Ở trạng thái này nước vừa ở dạng lỏng vừa rắn. Nghe có vẻ kì cục nhưng đúng là như vậy. Bất kì phân tử nước nào cũng bao gồm 2 nguyên tử hydro gắn với 1 nguyên tử oxy. Tuy nhiên băng đá ion có các nguyên tử oxy tồn tại ở tinh thể rắn, trong khi các nguyên tử hydro trôi tự do giữa mạng tinh thể và ở trạng thái lỏng.
 |
| Ảnh tổng hợp từ quá trình chụp tia X hạt nước ở trạng thái băng đá ion, các chùm tia laser đang bắn phá hạt nước. |
Theo nhà vật lý học Livia Bove tại trung tâm nghiên cứu khoa học quốc gia Pháp, đây còn là phát hiện ra một trạng thái mới của vật chất.
Các nhà vật lý đã theo đuổi lý thuyết về trạng thái băng đá ion trong nhiều năm. Từ khi các mô phỏng máy tính còn hết sức đơn giản, vào năm 1988, Pierfranco Demontis đã tiên đoán trạng thái tồn tại kì lạ này. Ông còn tiên đoán ở trạng thái này nước sẽ có những tính chất giống kim loại.
Theo lý thuyết, các phân tử hydro chuyển động giữa mạng tinh thể oxy sẽ đóng vai trò như các electron. Do đó, nước ở dạng này có thể dẫn điện, nhiệt như kim loại.
Đó chỉ mới là các mô phỏng sơ khai ban đầu. Những mô hình sau này áp dụng thêm các lý thuyết lượng tử đã cho ra dự đoán chính xác hơn, kết quả mô phỏng gần giống với thực nghiệm giới khoa học vừa tiến hành.
Việc khám phá ra trạng thái này của nước còn chứng minh được rằng mô hình mô phỏng trên máy tính thực sự giúp chúng ta “nhìn thấy” được những trạng thái vật chất mà công nghệ hiện tại đôi khi không cho phép thực nghiệm để tạo ra chúng.
Điều đó có nghĩa là chúng ta có thể “thiết kế” ra những vật chất mới ở các trạng thái khác nhau. Nếu mô phỏng máy tính nói rằng chúng khả thi, nhiều khả năng vật chất đó có tồn tại thực sự.
 |
| Lớp vỏ của những hành tin băng giá cũng có thể tạo ra từ trường. Ảnh: Wired. |
Khi tàu Voyager 2 đi ngang qua sao Thiên Vương và Hải Vương, hai hành tinh băng giá khổng lồ này đã làm các nhà khoa học ngạc nhiên về mức độ phức tạp của từ trường xung quanh. Thay vì tập trung ở 2 cực như Trái Đất, chúng phân bố rộng khắp và hầu như không có cực. Điều đó có nghĩa là một thứ gì đó đã tạo ra từ trường ở 2 hành tinh này, khác với lõi kim loại nóng chảy như hành tinh chúng ta.
Giờ đây bài toán đã được giải đáp. Không chỉ có lõi của 2 hành tinh băng giá, mà lớp vỏ của chúng cũng có thể tạo ra từ trường vì nước ở trạng thái băng đá ion.
Số lượng các hành tinh băng giá được tìm thấy trong vũ trụ khá lớn, do đó các nhà khoa học cho rằng trạng thái tồn tại này của nước có lẽ là hình thái tồn tại của đa số lượng nước trong vũ trụ.
