Băng đá mà nóng ngàn độ, nghe sao kỳ kỳ đúng không? Nhưng mà các nhà khoa học đã làm được rồi nha – họ tạo ra một loại "băng nóng" siêu đặc biệt, vẫn đóng băng dù nhiệt độ lên tới hàng nghìn độ C luôn!
Tưởng tượng đi, giống như tìm được cục băng ngay trên Mặt trời ấy! Loại băng này khác hẳn mấy viên đá lạnh trong tủ lạnh nhà bạn nha. Team nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore (LLNL) ở Mỹ đã phải dùng đủ thứ thiết bị xịn xò, mất tận 4 năm trời mới làm được cục băng "khùng" này đó!
Bước đầu tiên là ép nước siêu tinh khiết bằng một thứ gọi là "đe kim cương" (diamond anvil cell). Nghe fancy ghê nhỉ? Nó giống kiểu máy ép mini (nhỏ hơn 1mm luôn á), có thể kẹp nước giữa hai viên kim cương mà không bị méo mó gì. Áp suất nó tạo ra lên tới 2,5 tỷ Pascal nha – gấp gần 25.000 lần áp suất khí quyển bình thường, khiến nước lỏng đóng băng ngay ở 25°C!
Ở nhiệt độ bình thường, các phân tử nước cứ nhảy nhót lung tung, động càng mạnh khi nhiệt độ càng cao, nên nước mới là chất lỏng.
Chỉ khi nhiệt độ xuống còn 0°C thì các phân tử nước mới chậm lại đủ để tạo liên kết chặt với nhau, giữ nguyên vị trí, từ đó mới đóng băng được.
Nhưng mà nước chỉ đóng băng ở 0°C dưới áp suất khí quyển tiêu chuẩn thôi nha. Đổi áp suất là nhiệt độ đóng băng cũng đổi luôn!
Các phân tử nước trong đe kim cương sẽ được ép sát lại tạo liên kết chặt hơn nhờ áp lực khủng. Nhưng mà điểm giống nhau giữa băng này và băng thường chỉ có vẻ ngoài thôi nha – bên trong các phân tử nước được xếp chặt hơn và mật độ cao hơn tận 60%!
Và giờ đến phần "trùm" nhất: các nhà nghiên cứu đã chế được loại băng có thể ở dạng rắn dù nhiệt độ cao ngất, gọi là "băng siêu ion". Muốn tạo ra nó phải dùng... sáu tia laser luôn!
Team nghiên cứu đã mang cục đá nước tinh khiết trong đe kim cương đến Phòng thí nghiệm Năng lượng Laser (LLE) của Đại học Rochester, Mỹ, rồi đặt cả bộ vào giữa một quả cầu đường kính 3,3m. Sau đó cho 6 tia laser UV bắn vào cục băng giữa hai viên kim cương. Chỉ chiếu trong 1 nano giây (một phần tỷ giây) thôi nhưng mà tạo ra công suất lên tới 1 nghìn tỷ watt nha!
Sức mạnh khổng lồ này biến thành sóng xung kích xuyên qua khối băng, tăng áp suất lên gấp 2 triệu lần áp suất khí quyển! Ngoài áp suất siêu to, năng lượng từ laser còn đẩy nhiệt độ lên ít nhất 1700°C! Đó là điều kiện vàng để tạo băng siêu ion đó.
Giải thích thì dài, nhưng thực ra toàn bộ thí nghiệm chỉ kéo dài có 20 nano giây, và đe kim cương cùng băng siêu ion sẽ bay hơi gần như ngay lập tức sau khi sóng xung kích đi qua rồi.
Vì thế nên team nghiên cứu chỉ có thể quan sát băng siêu ion trong khoảng thời gian ngắn tẹo. Nhưng họ đã "nhìn thấy" được nó! Bằng cách dùng máy ảnh tốc độ siêu cao có thể chụp ảnh 1000 pixel cứ sau 20 pico giây. Nhờ thiết bị xịn này mà các nhà khoa học đã khám phá thành công bí mật về khả năng dẫn điện của băng siêu ion. Đoán xem sao? Ở trạng thái siêu ion, nước đá có thể dẫn điện luôn!
Thực ra từ lâu trước khi thí nghiệm này được làm, các nhà nghiên cứu đã đoán được đặc tính này rồi, vì nghiên cứu lý thuyết về băng siêu ion đã được mô phỏng trên máy tính gần 30 năm rồi nha!
Theo mô hình tương ứng, nước đá không giải phóng electron trong điều kiện thí nghiệm này, mà nó giải phóng các nguyên tử hydro trong phân tử nước. Chính xác hơn là một nguyên tử hydro bị mất electron, chỉ còn lại các proton – là các hạt mang điện tích dương tạo nên hạt nhân hydro.
Để hiểu rõ hơn về hiện tượng này thì phải quan sát kỹ cục băng đặc biệt này nha. Ở cấp độ nguyên tử, nước đá là chất rắn kết tinh: tất cả các phân tử tạo nên nó đều được xếp theo một khuôn mẫu nhất định.
Nguồn: soha.vn