№ 3

Сентябрь/2022

Russian Traveler 03/2022

Ученые взорвали пластик лазерами. Получились крошечные алмазы и новый тип воды

Фото: SLAC National Accelerator Laboratory

Новое исследование было вдохновлено ледяными планетами-гигантами, такими как Нептун и Уран.

Используя сверхмощные лазеры, ученые «взорвали» самый обычный пластик и превратили его в крошечные наноалмазы, а также подтвердили существование экзотического нового типа воды. Как объясняют исследователи, полученные данные потенциально могут раскрыть существование алмазного дождя на ледяных гигантах в нашей Солнечной системе и объяснить, почему эти холодные миры имеют такие странные магнитные поля.

Наноалмазы – это алмазы размером всего несколько нанометров, миллиардные доли метра. У них есть как существующие, так и потенциальные применения, такие как превращение углекислого газа в другие газы и доставка лекарств в организм, поясняет Доминик Краус, физик из Центра им. Гельмгольца Дрезден-Россендорф.

«Наноалмазы также можно использовать в качестве сверхмалых и очень точных квантовых датчиков температуры и магнитных полей, что может привести к множеству приложений», – Доминик Краус.

По его словам, этот метод также может уменьшить загрязнение пластиком планеты, создав финансовый стимул для очистки и переработки пластика в океане.

В течение многих лет планетологи подозревали, что алмазы образуются в холодных недрах ледяных гигантов, таких как Нептун и Уран. Если эти алмазы действительно сформируются, они прольются дождем сквозь внутренности этих замороженных миров.

Чтобы проверить, осуществим ли этот процесс, исследователи взяли лист пластика из полиэтилентерефталата (ПЭТ) – типа, который используется в пластиковых бутылках – и использовали мощный оптический лазер, установленный в приборе «Материя в экстремальных условиях» в Национальной ускорительной лаборатории Linac Coherent Light Source. 

Исследователи нагрели пластик примерно до шести тысяч градусов по Цельсию, что создало давление, в миллионы раз превышающее давление земной атмосферы всего за миллиардные доли секунды. Это сокрушительное давление уничтожило пластик, в результате чего атомы углерода в нем преобразовались в кристаллическую структуру, а водород и кислород дрейфовали через эту решетку.

«Используя мощный рентгеновский лазер, мы могли заглянуть внутрь образца и снять видеоролики о происходящих там химических реакциях. Мы наблюдали очень эффективное образование наноалмазов внутри сжатого пластика в рамках наших экспериментов всего за несколько наносекунд», – Доминик Краус.

Новое исследование показывает, что этот тип образования алмазов может быть более распространенным, чем считали ученые. Это повышает вероятность того, что твердые ядра ледяных гигантов могут быть покрыты толстым алмазным слоем. 

Эксперимент также убедительно свидетельствует о том, что при высоких температурах и давлениях внутри таких ледяных миров возникает экзотическое состояние воды, называемое суперионным водяным льдом.

Эта странная форма воды позволяет протонам двигаться через решетку атомов кислорода. По словам Крауса, если такая суперионная вода существует на ледяных гигантах, таких как Уран и Нептун, движение протонов через этот экзотический тип материи может помочь создать специфические магнитные поля, наблюдаемые на этих планетах.

Прошлые расчеты предполагали, что атомы углерода, которые, вероятно, находятся в недрах планет, сделают любую образовавшуюся там суперионную воду чрезвычайно нестабильной.

«Мы надеемся, что в течение следующего десятилетия к Урану будет запущен новый космический зонд NASA, который только что был определен как наивысший приоритет в десятилетнем исследовании», – добавил Краус.