科学家在实验室里重新创造可能在外星世界发现的“热黑冰”

水的这一阶段被称为“超离子冰”，它在极高的温度和压力下形成，导致水分子分离成其组成的氢离子和氧离子。然后氧离子排列成一个立方体的晶格，氢离子围绕着它自由移动。总之，这使超离子冰具有相对较高的导电性和较低的密度，并且颜色较深。

不过，实际研究这种东西一直很棘手。这个阶段已经被理论化了几十年，实验证据在20世纪90年代开始出现，但直到2019年，科学家们才设法在实验室里生产出超离子冰。然而，在那个实验中，它只持续了一瞬间。

现在，美国阿贡国家实验室的科学家已经成功制造出稳定的超离子冰，其持续时间足以进行更详细的研究。首先，通过在一个钻石砧槽中挤压水的样本来施加压力，然后用激光对水进行加热。最后，一个被称为先进光子源（APS）的强大X射线激光器被用来对样品中的原子排列进行成像，以弄清水处于哪种阶段。

果然，研究表明，该实验正在产生超离子冰。它开始出现在627°C和1627°C之间的温度，以及20 GigaPascal的压力下。耐人寻味的是，这比模型预测的这种相的形成的压力要低得多。

该研究的共同作者Vitali Prakapenka说：“这是一个惊喜–每个人都认为这个阶段不会出现，直到你处于比我们第一次发现它的地方高得多的压力。但是我们能够非常准确地绘制这种新冰的属性，这构成了物质的一个新阶段，这要归功于几个强大的工具。”

研究在实验室中产生的超离子冰可以帮助科学家了解行星如何形成，甚至为寻找外星生命提供信息。人们认为，这种冰会在天王星和海王星这样的冰态巨行星上发现。研究小组说，还有更多的工作需要做，以探索是什么使超离子冰发挥作用。它的导电性、粘性和稳定性等特性仍然很模糊，而且当它与盐或其他矿物混合时，情况可能会发生巨大变化。

该研究发表在《自然-物理学》杂志上。