เมื่อพูดถึงน้ำ เรามักจะนึกถึงของเหลวสีใสไร้รสซึ่งเราใช้ดื่มใช้กินอยู่ในทุกวันนี้ แต่หนึ่งในสมบัติที่น่าสนใจที่สุดของน้ำคือ เมื่อเราทำการเพิ่มอุณหภูมิที่สูงหลายพันองศาให้กับน้ำในสภาวะที่มีแรงดันสูง น้ำจะเกิดการเปลี่ยนวัฏภาค (phase) ไปเป็น superionicซึ่งในวัฎภาคนี้น้ำจะมีโครงสร้างส่วนที่เป็นของแข็งและของเหลวอยู่ร่วมกันได้ เนื่องจากไฮโดรเจนซึ่งเป็นส่วนประกอบของโมเลกุลน้ำ (H2O) จะกลายสภาพเป็นของเหลวขณะที่ออกซิเจนกลายเป็นผลึกแข็งขึ้นมา โดยสมบัติ superionicที่น่าทึ่งอันนี้ ได้เคยถูกนักฟิสิกส์ทำนายถึงการมีอยู่เอาไว้ตั้งแต่ปี 1988 และได้มีนักฟิสิกส์จำนวนมากพยายามที่จะทำการทดลองเพื่อยืนยันสมบัติดังกล่าว ไม่ว่าจะเป็นการออกแบบการทดลองขึ้นมาจริงๆ หรือกระทั่งผ่านทางแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ แต่อย่างไรก็ตามไม่ว่าจะออกแบบการทดลองอย่างไร สมบัติ superionicของน้ำก็ยังคงปรากฏแต่เพียงในแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เท่านั้น

จนเมื่อเร็วๆนี้ได้มีกลุ่มนักฟิสิกส์จาก Lawrence Livermore National Laboratoryได้พบข้อมูลอันน่าทึ่งจากการศึกษาอุณหพลศาสตร์ของน้ำแข็ง โดยพวกเขาพบว่าน้ำแข็งจะละลายที่ 4727 องศาเซลเซียสถ้าหากเราทำการเพิ่มความดันไปสูงถึง 190×1012 Pa (ความดันบรรายากาศปกติที่เราสามารถอาศัยได้จะอยู่ที่ 1×105 Paที่ความดันค่านี้น้ำแข็งจะละลายที่อุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียส)การทดลองในครั้งนี้ได้บ่งชี้ถึงความเป็นไปได้ที่เราจะสามารถศึกษาสมบัติ superionicของจริงนอกเหนือจากในแบบจำลอง โดยในการทดลองนี้นักฟิสิกส์จะทำการเพิ่มความดันให้กับน้ำให้สูงถึง 2.5×1012 Pa ที่อุณหภูมิปกติ ผลจากการเพิ่มความดันนี้จะทำให้น้ำเกิดการเปลี่ยนสถานะไปเป็นน้ำแข็งที่มีการจัดเรียงโครงสร้างผลึกอย่างมีระเบียบ หรือที่รู้จักกันในชื่อ ice VII ซึ่งเป็นน้ำแข็งที่มีความหนาแน่นมากกว่าน้ำทั่วไปในสภาวะปกติถึง 60% จากนั้นนักฟิสิกส์จะใช้แสงเลเซอร์กำลังสูงถึง 6 ลำแสงยิงเข้าไปใน ice VII เพื่อเพิ่มความดันและอุณหภูมิให้สูงถึงเงื่อนไขที่ได้กล่าวไปในข้างต้น และเนื่องจากการทดลองในครั้งนี้เกิดขึ้นในระยะเวลาเพียง 10-20 ในพันล้านส่วนของวินาที ทำให้นักฟิสิกส์จำเป็นต้องใช้เครื่องมือวัดที่มีความไวสูงมากในการศึกษาอุณหภูมิ ความดัน สมบัติทางแสง และสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของ ice VII ที่ถูกยิงด้วยแสงเลเซอร์ก่อนที่ความร้อนและความดันดังกล่าวจะทำให้น้ำแข็งระเหยไปจนหมด

หลังจากทำการเก็บและศึกษาข้อมูลที่ได้จากการทดลองดังกล่าวเป็นเวลากว่า 4 ปีนั้นทำให้นักฟิสิกส์ได้ข้อมูลชิ้นสำคัญที่มีประโยชน์ต่อวงการวิทยาศาสตร์อย่างมากมา เนื่องจากถ้าหากสมบัติความเป็น superionicของของเหลวอย่างน้ำสามารถเกิดขึ้นได้บนโลก ในดาวเคราะห์ที่มีความดันมหาศาลอย่างยูเรนัสและเนปจูนก็อาจมีความเป็นไปได้ที่จะมีของเหลวที่อยู่ในวัฏภาคของ superionicอยู่เช่นเดียวกัน เนื่องจากดาวเคราะห์สองดวงนี้มีองค์ประกอบหลักๆเป็นคาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน และไนโตรเจนผสมกันอยู่ ซึ่งเมื่อรวมกันแล้วมีความหนาแน่นประมาณ 65% ของน้ำ ซึ่งคล้ายคลึงกันกับสมบัติของ ice VII นั่นหมายความว่าที่ดาวเคราะห์เหล่านั้นอาจมีของเหลวในรูปของ superionicอยู่ในบรรยากาศก็เป็นได้ จึงเป็นไปได้ว่าดาวเคราะห์สองดวงนี้ซึ่งครั้งหนึ่งเราเคยมองว่ามันเป็นแค่ดาวเคราะห์แก๊ส แท้จริงแล้วมันอาจเป็นดาวเคราะห์ซึ่งมีชั้นบางๆของของเหลวในรูปของ superionicไหลเวียนอยู่ก็เป็นได้ รวมถึงมีชั้นเนื้อดาวเป็นน้ำแข็งแบบ superionicนั่นอาจเป็นเหตุผลทำให้ดาวเคราะห์เหล่านี้มีสนามแม่เหล็กที่ผิดปกติจากดาวเคราะห์ดวงอื่นในระบบสุริยะของเรา

ที่มา http://www.sci-news.com/physics/superionic-ice-05705.html
เรียบเรียงโดย @MrVop