நெப்டியூன் மற்றும் யுரேனஸின் ஆழத்தில், நீர் என்பது ஒரு பனிக்கட்டி தட்டை நிரப்பும் பொருளைப் போல எதுவும் இல்லை. அந்த கோள்களின் உட்பகுதியின் மகத்தான அழுத்தங்கள் மற்றும் வெப்பநிலைகளின் கீழ், அது சூப்பர்அயனிக் பனிக்கட்டி எனப்படும் ஒரு விசித்திரமான நிலைக்குள் நுழைகிறது — இந்த நிலையில் ஆக்சிஜன் அணுக்கள் ஒரு கடினமான திடமான கட்டமைப்பில் பூட்டப்படுகின்றன, அதே நேரத்தில் ஹைட்ரஜன் கருக்கள் ஒரு திரவத்தைப் போல அந்தக் கட்டமைப்பின் வழியாக நகர்கின்றன. அந்த நகரும் ஹைட்ரஜன் கருக்கள் மின்னூட்டத்தைச் சுமந்து செல்ல முடியும் என்பதால், இந்தப் பொருள் மின்சாரத்தைக் கடத்துகிறது, இது இரு பனி ராட்சத கோள்களையும் சூழ்ந்திருக்கும் விசித்திரமான காந்தப்புலங்களுடன் தொடர்புடையதாக இருக்கக்கூடிய ஒரு பண்பு.
இந்த சூடான, கடத்தும் பனிக்கட்டி இருக்க வேண்டும் என்பதை ஆராய்ச்சியாளர்கள் நீண்ட காலமாக அறிந்திருந்தனர். கோள் நிலைமைகளின் கீழ் அது சரியாக எந்தப் படிக கட்டமைப்புகளை ஏற்கிறது என்பதுதான் அவர்களுக்குத் தெரியாததாக இருந்தது. நெப்டியூனில் இருந்து ஒரு மாதிரியைத் தோண்டி எடுத்து பூமிக்குக் கொண்டு வர எந்த ஆய்வுக் கருவியும் முடியாது என்பதால், பிரான்சின் மாற்று எரிசக்தி மற்றும் அணுசக்தி ஆணையமான CEA-வில் அலெக்சிஸ் ஃபாரஸ்டியர் தலைமையிலான ஒரு குழு அடுத்த சிறந்த வழியைச் செய்தது: அவர்கள் அந்தத் தீவிர நிலைமைகளை ஒரு ஆய்வகத்திற்குள் மீண்டும் உருவாக்கி, பனிக்கட்டி என்ன செய்கிறது என்பதைக் கவனித்தனர்.
ஒரு பனி ராட்சத கோளின் உட்பகுதியை சிறிய அளவில் மீண்டும் உருவாக்குதல்
குழுவின் சோதனை அணுகுமுறை வைர அன்வில் செல் எனப்படும் ஒரு சாதனத்தை நம்பியிருந்தது, இது இரண்டு மிகக் கடினமான வைர நுனிகளுக்கு இடையே ஒரு நுண்ணிய மாதிரியைச் சிக்க வைத்து பின்னர் அவற்றை ஒன்றாக நசுக்குகிறது. இந்த அமைப்பு பூமியின் மேற்பரப்பில் இயற்கையாக எங்கும் இல்லாத அழுத்தங்களை ஆராய்ச்சியாளர்கள் உருவாக்க அனுமதிக்கிறது. இந்த நிலையில், விஞ்ஞானிகள் தங்கள் பனிக்கட்டி மாதிரிகளை 230 கிகாபாஸ்கல் வரை தள்ளினர் — இது கடல் மட்டத்தில் பூமியின் வளிமண்டல அழுத்தத்தை விட இரண்டு மில்லியன் மடங்குக்கும் அதிகம்.
அழுத்தம் மட்டுமே பாதி செய்முறை. ஒரு கோளின் உட்பகுதியின் எரிக்கும் வெப்பத்தைப் பின்பற்ற, ஆராய்ச்சியாளர்கள் சிக்கிய பனிக்கட்டி மீது லேசர்களைச் சுட்டு, அதன் வெப்பநிலையை 1,800 கெல்வினுக்கு மேல் உயர்த்தினர். அந்த நசுக்கும் விசை மற்றும் தீவிர வெப்பத்தின் கலவையில், மாதிரி சூப்பர்அயனிக் நிலைக்குள் நுழைந்தது.
சிறிய செல்லுக்குள் என்ன நடக்கிறது என்பதைத் தீர்மானிக்க, குழு ஐரோப்பிய சின்க்ரோட்ரான் கதிர்வீச்சு வசதியில் எக்ஸ்-கதிர் விலகல் நுட்பத்தை நோக்கித் திரும்பியது. இந்த நுட்பம் எக்ஸ்-கதிர்கள் மாதிரியில் இருந்து எவ்வாறு சிதறுகின்றன என்பதை அளவிடுவதன் மூலம் அணுக்கள் தங்களை எவ்வாறு ஒழுங்கமைக்கின்றன என்பதை வெளிப்படுத்துகிறது, இது விஞ்ஞானிகளுக்கு அதைத் தொடாமலேயே படிகக் கட்டமைப்பின் ஒரு படத்தை திறம்பட அளிக்கிறது. சக மதிப்பாய்வு செய்யப்பட்ட இதழான Physical Review Letters-இல் வெளியிடப்பட்ட முடிவுகள், ஆராய்ச்சியாளர்கள் முன்பு உறுதிப்படுத்தாத ஒன்றைக் காட்டியது.
இரட்டை ஆளுமை கொண்ட ஒரு பொருள்
சூப்பர்அயனிக் பனிக்கட்டி குறிப்பிடத்தக்கது, ஏனெனில் அது ஒரே நேரத்தில் இரண்டு பொருள் நிலைகளைப் போல செயல்படுகிறது. அதன் ஆக்சிஜன் அணுக்கள் நிலையான நிலைகளை ஆக்கிரமித்து, அப்படியே இருக்கும் ஒரு படிக எலும்புக்கூட்டை உருவாக்குகின்றன. இதற்கிடையில், ஹைட்ரஜன் கருக்கள் — பொதுவாக நீர் மூலக்கூறுகளில் பிணைக்கப்பட்டிருக்கும் புரோட்டான்கள் — நகரக்கூடியதாக மாறி, அயனிகள் ஒரு திரவ மின்பகுளி வழியாக நகர்வது போல ஆக்சிஜன் கட்டமைப்பின் வழியாக இடம்பெயர்கின்றன.
இந்தப் பணிப்பிரிவுதான் இந்த நிலையை மிகவும் அசாதாரணமாக ஆக்குகிறது. திடமான ஆக்சிஜன் கட்டமைப்பு பொருளுக்கு ஒரு திட்டவட்டமான அமைப்பையும் வடிவத்தையும் அளிக்கிறது, அதே நேரத்தில் பாயும் ஹைட்ரஜன் மின் கடத்துத்திறனை வழங்குகிறது. ஒரு கோளின் உட்பகுதியில், அத்தகைய பொருளின் ஒரு அடுக்கு சாதாரண நீர்ப் பனிக்கட்டியில் இருந்து மிகவும் வேறுபட்டு செயல்படக்கூடும், வெப்பம் எவ்வாறு நகர்கிறது, பொருள் காலப்போக்கில் எவ்வாறு சிதைவடைகிறது, மற்றும் மின்னோட்டங்கள் எவ்வாறு சுழல்கின்றன என்பதை மாற்றுகிறது.
இருப்பினும், இதுவரை, அந்த ஆக்சிஜன் எலும்புக்கூட்டின் வடிவியல் பற்றி விஞ்ஞானிகளுக்கு தெளிவான பதில் இல்லை. வெவ்வேறு படிக ஏற்பாடுகள் — கனசதுர, அறுகோண மற்றும் பிற — வெவ்வேறு இயற்பியல் பண்புகளைக் குறிக்கின்றன, எனவே சரியான ஒன்றை அடையாளம் காண்பது ஒரு பனி ராட்சத கோளுக்குள் என்ன நடக்கிறது என்பதற்கான எந்த மாதிரிக்கும் முக்கியமானது.
தீவிர அழுத்தத்தில் அறுகோண நெருக்கமான பொதிவு ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது
சின்க்ரோட்ரான் அளவீடுகள் சோதிக்கப்பட்ட நிலைமைகளுக்கு ஒரு உறுதியான பதிலை அளித்தன. சுமார் 200 கிகாபாஸ்கல் மற்றும் 1,800 கெல்வினுக்கு மேல், ஆக்சிஜன் அணுக்கள் ஒரு அறுகோண நெருக்கமான பொதிவு ஏற்பாட்டில், சுருக்கமாக hcp-இல் தங்கின. அந்த அழுத்தம்-வெப்பநிலை சாளரத்தில், இந்த அறுகோண வடிவம் சூப்பர்அயனிக் பனிக்கட்டியின் ஆதிக்கம் செலுத்தும் நிலையாக மாறியது, ஆதிக்கம் செலுத்தும் என்று எதிர்பார்க்கப்பட்ட முகம்-மைய கனசதுர, அல்லது fcc, கட்டமைப்பை இடமாற்றியது.
இந்தக் கண்டுபிடிப்பின் முக்கியத்துவம் குறித்து ஆசிரியர்கள் வெளிப்படையாக இருந்தனர், அவர்கள் "ஒரு புதிய H2O பனிக்கட்டி நிலை ஒரு hcp ஆக்சிஜன் துணைக்கட்டமைப்பை ஏற்பதை தெளிவற்ற முறையில் கவனித்தல்" என்பதைப் புகாரளிப்பதாக எழுதினர். வேறு வார்த்தைகளில் கூறுவதானால், இது ஏற்கனவே உள்ள ஒரு படத்தின் நுட்பமான செம்மைப்படுத்தல் அல்ல, மாறாக உண்மையான கோள்களுடன் தொடர்புடைய நிலைமைகளின் கீழ் நீரின் ஆக்சிஜன் அணுக்களின் ஒரு தனித்துவமான ஏற்பாட்டை அடையாளம் காண்பதாகும்.
இந்தக் கண்டுபிடிப்பு இரண்டு தனித்தனி சோதனை ஓட்டங்களில் இருந்து வெளிப்பட்டது, மேலும் குழு தங்கள் அளவீடுகளை ஒரு அழுத்தம்-வெப்பநிலை வரைபடத்தில் வரைந்தது, ஒவ்வொரு நிலையும் சரியாக எங்கு தோன்றுகிறது என்பதைக் காட்டுகிறது. அத்தகைய எல்லை வரைபடம்தான் மற்ற ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒரு கோளுக்குள் ஒரு குறிப்பிட்ட ஆழத்தில் எந்தப் பதிப்பு பனிக்கட்டி நிலையாக இருக்க வேண்டும் என்பதைக் கணிக்க அனுமதிக்கிறது.
படிக கட்டமைப்பு காந்தப்புலங்களுக்கு ஏன் முக்கியமாக இருக்கலாம்
இந்த வேலையின் நடைமுறை பலன் கோள் அறிவியலில் உள்ளது. நெப்டியூன் மற்றும் யுரேனஸ் இரண்டும் பனி ராட்சத கோள்களாக வகைப்படுத்தப்படுகின்றன, மேலும் இரண்டும் பூமியின் காந்தப்புலத்தை விட மிகவும் சிக்கலான காந்தப்புலங்களைக் கொண்டுள்ளன. அவற்றின் புலங்கள் கோள்களின் சுழற்சி அச்சுகளுடன் நேர்த்தியாக சீரமைக்கப்படவில்லை, மேலும் அவற்றைச் சுற்றியுள்ள காந்தச் சூழல் நம் கோளைப் பாதுகாக்கும் ஒழுங்கான இருமுனைக் காந்தப்புலத்துடன் ஒப்பிடும்போது குழப்பமானது.
ஒரு முக்கிய விளக்கம், சூப்பர்அயனிக் பனிக்கட்டி இருக்கும் என்று கருதப்படும் ஆழமான உட்பகுதி அடுக்குகளை உள்ளடக்கியது. இந்தப் பொருள் மின்சாரத்தைக் கடத்துவதால், அதற்குள் நகரும் மின்னோட்டங்கள் காந்தப்புலங்களை உருவாக்கக்கூடும். பனிக்கட்டியின் துல்லியமான படிக கட்டமைப்பு மின்னோட்டம் எவ்வளவு எளிதாகவும் எந்தத் திசைகளில் பாய்கிறது என்பதைப் பாதிக்கிறது, எனவே ஆக்சிஜன் கட்டமைப்பு அறுகோணமா அல்லது கனசதுரமா என்பதை உறுதிப்படுத்துவது அந்த மாதிரிகளுக்கான உள்ளீடுகளை மாற்றுகிறது.
200 கிகாபாஸ்கல் மற்றும் 1,800 கெல்வினுக்கு மேல் hcp பனிக்கட்டி ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது என்பதை நிறுவுவதன் மூலம், CEA தலைமையிலான குழு இந்தத் தொலைதூர உலகங்களின் உட்பகுதிகளை உருவகப்படுத்துவதற்கும் — அவற்றின் காந்தப்புலங்கள் ஏன் அவற்றின் வழியில் செயல்படுகின்றன என்பதை விளக்குவதற்கும் — கோட்பாட்டாளர்களுக்கு ஒரு உறுதியான அடித்தளத்தை அளித்துள்ளது.
திறந்த நிலையில் உள்ள கேள்விகள்
இந்தச் சோதனை அழுத்தம் மற்றும் வெப்பநிலை இடத்தின் ஒரு குறிப்பிட்ட பகுதியைப் பிடிக்கிறது, இது ஒரு கோளை விட மிகச் சிறிய மாதிரிகளில் குறுகிய ஆய்வக கால அளவுகளில் உருவாக்கப்படுகிறது. முழு கோள் உட்பகுதிகளுக்கும் அந்த இடைவெளியை இணைக்க மாதிரியாக்கம் தேவைப்படுகிறது, மேலும் குழுவின் அழுத்தம்-வெப்பநிலை வரைபடம் நெப்டியூன் அல்லது யுரேனஸின் முழுமையான விவரிப்பாக அல்லாமல் அந்த மாதிரியாக்கத்திற்கான ஒரு வழிகாட்டியாகவே சிறந்த முறையில் புரிந்து கொள்ளப்படுகிறது.
இருப்பினும், இந்த முடிவு மங்கலாக இருந்த ஒரு படத்தைத் தெளிவுபடுத்துகிறது. பனி-ராட்சத கோள் நிலைமைகளின் கீழ் சூப்பர்அயனிக் நீர் எந்தப் படிக கட்டமைப்பை விரும்புகிறது என்பதற்கான நேரடி ஆதாரம் இப்போது விஞ்ஞானிகளிடம் உள்ளது, மேலும் அடுத்த சுற்று சோதனைகள் மற்றும் உருவகப்படுத்துதல்களுக்கு அவர்களிடம் ஒரு தெளிவான இலக்கு உள்ளது.
முக்கிய எடுத்துக்காட்டுகள்
- பிரான்சின் CEA-வில் அலெக்சிஸ் ஃபாரஸ்டியர் தலைமையிலான ஒரு குழு ஒரு வைர அன்வில் செல்லைப் பயன்படுத்தி ஆய்வகத்தில் பனி-ராட்சத கோள் உட்பகுதி நிலைமைகளை மீண்டும் உருவாக்கியது.
- பனிக்கட்டி 1,800 கெல்வினுக்கு மேல் சூடேற்றப்பட்டு 230 கிகாபாஸ்கல் வரை அழுத்தங்களுக்கு உட்படுத்தப்பட்டது, இது பூமியின் வளிமண்டல அழுத்தத்தை விட இரண்டு மில்லியன் மடங்குக்கும் அதிகம்.
- ஐரோப்பிய சின்க்ரோட்ரான் கதிர்வீச்சு வசதியில் எக்ஸ்-கதிர் விலகல் ஆக்சிஜன் அணுக்கள் ஒரு அறுகோண நெருக்கமான பொதிவு கட்டமைப்பை உருவாக்குவதைக் காட்டியது.
- சுமார் 200 கிகாபாஸ்கல் மற்றும் 1,800 கெல்வினுக்கு மேல், இந்த அறுகோண நிலை ஆதிக்கம் செலுத்தியது, முகம்-மைய கனசதுர நிலையை இடமாற்றியது.
- Physical Review Letters-இல் வெளியிடப்பட்ட இந்தக் கண்டுபிடிப்புகள், நெப்டியூன் மற்றும் யுரேனஸின் அசாதாரண காந்தப்புலங்கள் மற்றும் ஆழமான உட்பகுதி அடுக்குகளை விளக்க உதவக்கூடும்.
இந்தக் கட்டுரை Phys.org-இன் செய்தி அறிக்கையை அடிப்படையாகக் கொண்டது. அசல் கட்டுரையைப் படிக்கவும்.
Originally published on phys.org