کشف حالت جدیدی از ماده در منظومه شمسی | دانشمندان فاز ناشناخته‌ای از ماده را در سیارات یخی شناسایی کردند

بیا بازی ببین

در شرایط بسیار شدید فشار و دما در اعماق سیارات یخی منظومه شمسی، ساختار ماده می‌تواند به حالت‌هایی برسد که در زمین قابل مشاهده نیست. پژوهش تازه‌ای از مؤسسه کارنگی نشان می‌دهد در چنین محیط‌هایی احتمال شکل‌گیری نوعی فاز کاملا جدید از ماده وجود دارد؛ حالتی که رفتار اتم‌ها در آن به شکلی غیرمعمول و جهت‌دار تغییر می‌کند.

به گزارش یونیورس تودی، درون این سیارات برخلاف تصور رایجیکه ما از «یخ» در ذهن داریم، ترکیبی بسیار داغ و متراکم از آب، آمونیاک و متان وجود دارد که تحت فشارهایی میلیون‌ها برابر فشار سطح زمین قرار گرفته است. همین شرایط باعث شکل‌گیری موادی غیرعادی می‌شود که در آزمایشگاه قابل بازسازی نیستند.

برای بررسی این محیط، پژوهشگران از شبیه‌سازی‌های پیشرفته‌ای موسوم به «اورانوس مصنوعی» استفاده کرده‌اند که شرایط فشار و دمای سیاره را مدل‌سازی می‌کند. در این مدل مشخص شد که در فشارهای بسیار بالا، مولکول‌های متان از هم می‌پاشند و ترکیباتی شامل هیدروژن و ساختارهای کربنی مانند الماس شکل می‌گیرند.

اما در مطالعه جدید، رویکردی دقیق‌تر مبتنی بر قوانین مکانیک کوانتومی به کار گرفته شده است. نتایج نشان می‌دهد در فشارهای بالاتر از ۱۱۰۰ گیگاپاسکال، ترکیب کربن-هیدروژن به ساختاری پایدار اما بسیار غیرمعمول تبدیل می‌شود. در این ساختار، اتم‌های کربن یک شبکه مارپیچی سخت ایجاد می‌کنند، شبیه به یک پلکان پیچ‌خورده در مقیاس میکروسکوپی.

ویژگی شگفت‌انگیز این ماده زمانی ظاهر می‌شود که دما بین ۱۰۰۰ تا ۳۰۰۰ کلوین افزایش پیدا می‌کند. در این شرایط، هیدروژن‌ها برخلاف انتظار کاملا آزاد نمی‌شوند، بلکه در امتداد این ساختار مارپیچی حرکت جهت‌دار پیدا می‌کنند. این رفتار باعث ایجاد حالتی جدید از ماده شده که دانشمندان آن را «ابر یونی شبه‌یک‌بعدی» نامیده‌اند.

در این حالت، کربن‌ها ساختار جامد خود را حفظ می‌کنند، اما هیدروژن‌ها مانند سیالی هدایت‌شونده در یک مسیر مشخص حرکت می‌کنند و در عین حال در جهت‌های دیگر رفتار چرخشی دارند. همین ویژگی باعث می‌شود رسانایی حرارتی و الکتریکی ماده، به شدت وابسته به جهت باشد؛ پدیده‌ای که به آن ناهمسانگردی گفته می‌شود.

اهمیت این کشف تنها به فیزیک مواد محدود نمی‌شود. پژوهشگران معتقدند این ساختار می‌تواند توضیحی برای میدان‌های مغناطیسی غیرعادی اورانوس و نپتون باشد؛ میدان‌هایی که برخلاف زمین، به‌طور قابل توجهی کج و نامتقارن هستند.

مدل‌های قدیمی بر این فرض استوار بودند که مواد درونی این سیارات در همه جهات رفتار یکسانی دارند، اما وجود چنین حالت ماده‌ای می‌تواند این فرض را تغییر دهد. اگر این نظریه تأیید شود، ممکن است درک ما از دینامیک داخلی سیارات یخی به‌طور اساسی بازنگری شود.

با وجود این، پژوهشگران تأکید می‌کنند که این ترکیب ساده کربن و هیدروژن تنها یک مدل اولیه است و نمی‌تواند تمام پیچیدگی‌های شیمیایی و حرارتی درون این سیارات را توضیح دهد. اما همین شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهد که هنوز ناشناخته‌های زیادی درباره رفتار ماده در شرایط افراطی وجود دارد؛ ناشناخته‌هایی که می‌توانند تصویر ما از جهان را تغییر دهند.

منبع: همشهری