Oamenii de știință fac progrese în înțelegerea modului în care se formează gheața
Studiile recente realizate cu ajutorul instalației European XFEL au permis observarea în timp real a primelor microsecunde ale procesului de îngheț, oferind imagini fără precedent asupra modului în care se formează nucleele cristaline de gheața în lichide suprarăcite, se arată în jurnalul Nature.
Cercetările vin într-un domeniu în care teoriile clasice, dezvoltate încă din lucrările lui Josiah Willard Gibbs și formalizate ulterior în teoria clasică a nucleației, au eșuat să explice cu precizie viteza reală de formare a cristalelor. Diferențele dintre predicții și experimente pot ajunge, în unele cazuri, la zeci de ordine de mărime.
O echipă internațională de fizicieni a folosit jeturi de lichide simple precum kriptonul și argonul pentru a studia înghețarea în condiții controlate. Rezultatele arată că tranziția de la lichid la solid are loc în doar câteva microsecunde, pe distanțe de ordinul sutelor de micrometri.
Deși modelele teoretice rămân imperfecte, aceste experimente au redus semnificativ diferența dintre predicții și observații, aducând comunitatea științifică mai aproape de o descriere unificată a fenomenului.
Simulări computerizate avansate
Un alt progres important vine din utilizarea simulărilor computerizate avansate. Acestea sugerează că formarea gheții nu urmează o structură perfect sferică, așa cum presupunea teoria clasică, ci implică configurații atomice mult mai variate și dezordonate decât se credea anterior.
Fenomenul are implicații majore nu doar în fizica fundamentală, ci și în modelarea climei globale. Cristalele de gheață din nori – în special cei de mare altitudine – influențează bilanțul de radiație al Pământului și, implicit, evoluția încălzirii globale.
Cercetătorii subliniază că îmbunătățirea înțelegerii nucleației omogene ar putea duce la modele climatice mai precise. Dar, ar putea contribui și la aplicații în geofizică și știința materialelor, inclusiv în înțelegerea formării nucleului solid al Pământului sau a solidificării metalelor.
Deși progresele sunt semnificative, experții avertizează că procesul rămâne departe de a fi complet explicat. Diferențele dintre experimente și simulări continuă să fie de ordinul a până la 20 de ordine de mărime în unele cazuri.