পানির কঠিন অবস্থা দেখতে যতটা সরল লাগে, বাস্তবে তা তার চেয়ে অনেক কম সরল

ফ্রিজারের ট্রে বা শীতের হ্রদে বরফ চেনা-পরিচিত লাগতে পারে, কিন্তু পদার্থবিদেরা এটিকে প্রকৃতির সবচেয়ে বিস্ময়কর উপাদানগুলোর একটি হিসেবে ক্রমেই বিবেচনা করছেন। নতুন Quanta Magazine প্রতিবেদনের মতে, বিজ্ঞানীরা শুধু গত এক বছরেই বরফের তিনটি নতুন ধরন শনাক্ত করেছেন, যার মধ্যে এখন পর্যন্ত দেখা সবচেয়ে জটিল দুইটি বরফ পর্যায়ও রয়েছে। এই আবিষ্কারগুলো ইতিমধ্যেই 20টিরও বেশি পরিচিত স্ফটিকাকার বরফ পর্যায়ের ক্রমবর্ধমান তালিকায় যোগ হয়েছে.

কাহিনিটি শুধু এই নয় যে বরফের বহু ধরন আছে। আসল বিষয় হলো, ভিন্ন ভিন্ন পরিস্থিতিতে পানি নিজেকে অসাধারণ বিস্তৃত পরিসরের কঠিন কাঠামোতে গড়ে তুলতে সক্ষম বলে মনে হচ্ছে। গবেষকদের মতে, কম্পিউটার সিমুলেশন বরফের সম্ভাব্য রূপের দশ হাজারেরও বেশি ধরন পূর্বাভাস দিয়েছে। এর মানে এই নয় যে সেগুলোর সবকটিই ল্যাবরেটরিতে বা প্রকৃতিতে খুঁজে পাওয়া যাবে। কিন্তু এটি অবশ্যই ইঙ্গিত দেয় যে বিজ্ঞানীরা আগের ধারণার চেয়ে অনেক সমৃদ্ধ phase space নিয়ে কাজ করছেন.

বরফ কেন পদার্থবিদদের বারবার চমকে দেয়

এর কারণ পানির জ্যামিতি। Quanta অনুযায়ী, প্রতিটি পানির অণুতে একটি অক্সিজেন পরমাণু দুটি হাইড্রোজেন পরমাণুর সঙ্গে যুক্ত থাকে, আর মুক্ত ইলেকট্রনের দুটি জোড়া অণুর কার্যকর আকৃতিকে বিদ্যুচ্চুম্বকীয় বলের দ্বারা দূরে রাখা চারটি বাহু-সদৃশ কাঠামোতে প্রসারিত করে। এই গঠন পানিকে পুনরাবৃত্তিমূলক স্ফটিকাকার বিন্যাসে সংগঠিত হওয়ার অসাধারণ নমনীয়তা দেয়.

সাধারণ বরফে, এই অণুগুলো একটি প্রশস্ত ষড়ভুজাকৃতির কাঠামো তৈরি করে। এই খোলা বিন্যাস সাধারণ বরফকে তরল পানির চেয়ে কম ঘন করে তোলে, এজন্য বরফ ভেসে থাকে এবং হ্রদ উপরের দিক থেকে নিচের দিকে জমে। কিন্তু চাপের মধ্যে পানি একেবারে ভিন্ন প্যাটার্নে সংকুচিত হতে পারে। তাপমাত্রা বদলান, চাপ বদলান, অথবা এই পরিস্থিতিগুলো প্রয়োগের গতি বদলান, আর অণুগুলো নতুন স্ফটিকাকার অবস্থায় স্থিত হতে পারে.

Lawrence Livermore National Laboratory-এর Marius Millot Quanta-কে বলেছেন যে পানিকে সংকুচিত করার পদ্ধতিতে সামান্য পরিবর্তনও সম্পূর্ণ অপ্রত্যাশিত আচরণ প্রকাশ করতে পারে। সেই মন্তব্য ব্যাখ্যা করে কেন ক্ষেত্রটি এত দ্রুত এগিয়েছে। গবেষকেরা পরীক্ষামূলক কৌশল উন্নত করছেন এবং পুরোনো ধারণা ছেড়ে দিচ্ছেন বলে এমন কাঠামো উন্মোচিত হচ্ছে, যা আগে তৈরি করা বা শনাক্ত করা কঠিন ছিল.