Tudósok egy új, különleges jégtípust hoztak létre, amely nem csupán megfagy, hanem elektromosságot is vezet. Ez a „szuperjég” a víz teljesen új viselkedését mutatja be, amikor extrém nyomás alatt áll, és erőteljes röntgensugarakkal bombázzák. A felfedezés nemcsak a víz fizikai tulajdonságainak megértését mélyíti el, hanem betekintést nyújt olyan távoli bolygók, mint az Uránusz és a Neptun belső szerkezetébe, mágneses mezejük és belső hőtermelésük magyarázatához.
A jég sokfélesége – több mint amit gondolnánk
A jég nem csak az a megszokott, amit a mindennapokban látunk. Ismerünk száraz jeget is, ami valójában nem vízből, hanem szén-dioxidból áll, és szublimál – vagyis közvetlenül gázzá alakul anélkül, hogy megolvadna.
Ezen túlmenően létezik mintegy tucatnyi mesterséges jégtípus, amelyek csak extrém körülmények között – nagyon magas nyomáson és alacsony hőmérsékleten – léteznek. Ezek a körülmények megtalálhatók például bolygók mélyén vagy speciális laboratóriumokban itt a Földön.
A „szuperjég” létrehozása: extrém nyomás és röntgensugarak
Egy multidiszciplináris kutatócsoport új szintre emelte a jégkutatást. A vízmolekulákat 1,6 gigapascal nyomásnak tették ki – ez körülbelül 16 000-szerese a tengerszinten tapasztalható légnyomásnak –, majd az Európai Röntgen Szabad Elektron Lézer (XFEL) segítségével rövid, rendkívül intenzív röntgensugárzásnak vetették alá.
Ez az eszköz olyan gyors és erős röntgenimpulzusokat bocsát ki, amelyek képesek megörökíteni az atomokat mozgás közben – mintha egy kvantumvilág stroboszkópja lenne.
Mi történik a vízzel ilyen körülmények között?
A víz ebben az állapotban már nem viselkedik úgy, mint a megszokott folyadék vagy jég. Az oxigénatomok merev kristályrácsot alkotnak, azonban a hidrogénatomok – amelyek normál esetben kovalens kötéssel kapcsolódnak az oxigénhez – felszabadulnak és szabadon mozognak. Ezek a protonok elektromos töltést hordozva mozognak át egyik oxigénről a másikra egy közös elektronfelhőn keresztül.
Ez az állapot egy szilárd anyagban jelenik meg, amely képes elektromosságot vezetni – ezért nevezik „szuperjégnek” vagy „forró jégnek”.
Ionizáció vagy valami más?
Bár elsőre ionizációnak tűnhet ez a jelenség, valójában eltér attól. Ionizáció során elektronokat szakítanak le az atomokról vagy molekulákról, így töltött részecskék keletkeznek. Itt azonban a protonok nem hagyják el az oxigénatomokat véglegesen; inkább folyamatosan ugrálnak egyik helyről a másikra anélkül, hogy az anyag töltése megváltozna.
Például amikor só oldódik vízben, ionokra bomlik (nátrium- és kloridionokra), amelyek szabadon mozognak és vezetik az áramot. A „szuperjég” esetében azonban egy sokkal összetettebb protonvándorlás zajlik le egy semleges rendszerben.
Az Európai Röntgen Szabad Elektron Lézer (XFEL) szerepe
Az XFEL egy hatalmas részecskegyorsító berendezés Németországban, amely közel két mérföld hosszú alagútban működik. Elektronokat gyorsít majdnem fénysebességre, miközben váltakozó mágneses mezőkön halad át. Ezáltal rendkívül rövid idejű (néhány kvadrillió másodperc) és rendkívül intenzív röntgenimpulzusokat bocsát ki.
Ezekkel az impulzusokkal lehetőség nyílik arra, hogy atomokat mozgás közben tanulmányozzanak – ami kulcsfontosságú volt ennek az új jégtípusnak a felfedezésében.
Milyen jelentősége van ennek a felfedezésnek?
A kutatás eredményei segítenek megérteni azt, hogyan viselkedik a víz olyan extrém környezetben, mint amilyenek például az Uránusz és Neptun belsejében uralkodnak. Ez magyarázatot adhat arra is, hogy ezeknek a bolygóknak miért olyan különös mágneses mezőjük van és miért sugároznak ki több hőt a vártnál.
Bár jelenleg nincs gyakorlati alkalmazása ennek az anyagnak (hiszen előállításához gyémánt ütközőcellára és részecskegyorsítóra van szükség), ez az alapkutatás hosszú távon hozzájárulhat új anyagok fejlesztéséhez vagy akár exobolygók tanulmányozásához is anélkül, hogy el kellene hagynunk Földet.
Kutatócsoport és publikáció
A tanulmányt Geun Woo Lee vezette a Korea Kutatási Intézetének Szabványügyi és Tudományos Központjából (KRISS), együttműködve többek között a New York-i Rochester Egyetemmel, az Európai XFEL-lel Németországban, valamint a hamburgi Max Planck Intézettel. A csapat tagjai között voltak tudósok a Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) és Kína High Pressure Science and Technology Advanced Research (HPSTAR) központjából is.
A kutatás eredményeit 2025 októberében publikálták a rangos Nature Materials folyóiratban.
Forrás: https://www.acsh.org/news/2025/11/11/meet-ice-xxi-new-form-water-and-worlds-first-super-ice-49815
