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In a laboratory in Las Vegas, a sample of water sits between two diamonds, the hardest material known, and is squeezed until it reaches 35 million pounds per square inch (PSI). A car tire holds about 30 PSI. At that pressure, the water stops behaving the way it does in a glass on a kitchen table.
In un laboratorio di Las Vegas, un campione d'acqua è posto tra due diamanti, il materiale più duro conosciuto, e viene compresso fino a raggiungere 35 milioni di libbre (16 milioni di kg) per pollice quadrato (PSI). Uno pneumatico d'auto regge circa 30 PSI. A quella pressione, l'acqua smette di comportarsi come quella in un bicchiere sul tavolo della cucina.
The usual rule of physics is simple. Compress a material and its atoms are forced closer together, which normally produces more ordered, more symmetrical arrangements. Water breaks that rule. The team at the University of Nevada, Las Vegas (UNLV) found that as pressure rises, water becomes a lower-symmetry version of its former self, and its chemistry changes along with its structure. The work, led by physicist Ashkan Salamat, director of the Nevada Extreme Conditions Lab, is published in Communications Chemistry.
La regola abituale della fisica è semplice. Si comprime un materiale, i suoi atomi vengono spinti più vicini tra loro e, di norma, ne risultano disposizioni più ordinate e più simmetriche. L'acqua infrange questa regola. Il team dell'Università del Nevada, Las Vegas (UNLV) ha scoperto che, all'aumentare della pressione, l'acqua diventa una versione di se stessa a simmetria più bassa, e la sua chimica cambia insieme alla struttura. Il lavoro, guidato dal fisico Ashkan Salamat, direttore del Nevada Extreme Conditions Lab, è pubblicato su Communications Chemistry.
The pressure is not chosen at random. Salamat's team says it reproduced conditions closer to those found on Neptune or Uranus, the so-called ice giants, whose interiors are made of hot, metallic-like water, ammonia and methane. Spacecraft data from the Voyager program give scientists an idea of these planets' composition and of their inner pressure and temperature, but no probe can descend into their atmospheres or crust. A laboratory is the only place where the chemistry can be observed directly.
La pressione non è scelta a caso. Il team di Salamat afferma di aver riprodotto condizioni più vicine a quelle di Nettuno o Urano, i cosiddetti giganti di ghiaccio, il cui interno è fatto di acqua calda, di aspetto metallico, con ammoniaca e metano. I dati delle sonde del programma Voyager danno agli scienziati un'idea della composizione di questi pianeti e della loro pressione e temperatura interne, ma nessuna sonda può scendere nelle loro atmosfere o nella loro crosta. Il laboratorio è l'unico luogo in cui la chimica può essere osservata direttamente.
The method is precise but narrow. The samples were studied with spectroscopy, which reads how matter interacts with light, while X-rays revealed the arrangement of the atoms. The results are laboratory measurements, obtained on a few samples under extreme compression. Salamat's team describes what water could look like deep inside a planet, and notes that if the pressure were released, the water would likely rearrange into a structure more commonly found on Earth.
Il metodo è preciso ma limitato. I campioni sono stati studiati con la spettroscopia, che legge come la materia interagisce con la luce, mentre i raggi X hanno rivelato la disposizione degli atomi. I risultati sono misure di laboratorio, ottenute su pochi campioni sottoposti a compressione estrema. Il team di Salamat descrive come potrebbe apparire l'acqua in profondità all'interno di un pianeta e osserva che, se la pressione venisse rilasciata, l'acqua si riorganizzerebbe probabilmente in una struttura più comune sulla Terra.
For now, the first beneficiaries are the researchers who model the interiors of ice giants: they gain measured behaviour of water in conditions where no instrument can go. The study sets no date for any application, and it claims no practical use beyond that scientific picture. Salamat puts the ambition in terms of the long run: "When we eventually get to these worlds, what are we going to see?" Until then, the answer is being built one squeezed sample at a time.
Per ora, i primi a trarne vantaggio sono i ricercatori che modellano l'interno dei giganti di ghiaccio: ottengono un comportamento misurato dell'acqua in condizioni in cui nessuno strumento può arrivare. Lo studio non fissa alcuna data per le applicazioni e non rivendica alcun uso pratico al di là di questo quadro scientifico. Salamat esprime l'ambizione in termini di lungo periodo: «Quando un giorno arriveremo a questi mondi, che cosa vedremo?». Fino ad allora, la risposta si costruisce un campione compresso alla volta.