四川
水，是人类世界中最寻常也最不可或缺的物质之一。
它从天而降，我们用它洗澡、饮用，甚至沉浸其中娱乐。
但如果只把水当作一种普通液体来看待，它的表现其实古怪得出人意料——结冰时密度反而降低，表面张力异常高，沸点也异常高，按照分子量推算，它在室温下本应是气体。
而这一切,都还只是在地球表面这种温和条件下的表现。
一旦把压力和温度调到极端数值，水的怪异行为会变得更加不可预测。
在通常的直觉里，2000多摄氏度的高温足以让水彻底蒸发，甚至部分分解成氢原子和氧原子。
水从液态转变为气态本应伴随剧烈膨胀，然而巨大的外部压力会强行抑制这种膨胀。
于是水可以在极端高温下依然维持极高的密度，呈现出与地表冰截然不同的形态。
其中一种被称为"超离子冰"（superionic ice）的物质状态尤为特殊，它既非完全固态，也非完全液态。
在这种状态下，氧原子如同处在固体晶格中一样，被固定在特定位置；而氢原子核却能够在晶格中自由扩散，行为更接近液体中的粒子。
目前科学家已确认的水冰相有二十余种，其中部分相在极端条件下会转变为超离子相，而寻找更多未知相态，正是高压物理学领域近年来的热门方向之一。
这种探索并非纯粹出于好奇。
在这项由法国替代能源和原子能委员会（CEA）物理学家亚历克西斯·福雷斯蒂耶（Alexis Forestier）领导的最新实验中，研究团队将微小的水样本置于冰巨行星内部环境的模拟条件下。
他们把样本夹在两片钻石尖端之间,施加高达230吉帕斯卡的压力，同时用激光将其加热至数千度。
作为参照，这一压力相当于地球海平面大气压的230万倍，而地球核心的压力大约为360吉帕斯卡。
研究人员随后利用极窄的同步辐射X射线束，探测冰在这种极端条件下晶体结构发生的变化。
最终观测到的结构，正是此前理论预言已久，却从未在实验中得到明确证实的一种形态——六方密堆积（hexagonal close-packed，简称hcp）冰。
所谓hcp结构，指的是氧原子的具体堆叠方式,可以想象成把大小相同的球一层层紧密码放,而层与层之间的相对位置可以有多种排列组合。
此前科学家发现的超离子冰多呈现面心立方（fcc）结构，而这次观测到的hcp冰则采用了不同的层间堆叠顺序。
研究人员进一步发现，随着层状结构位置的变化，fcc和hcp这两种结构之间是可以相互转化的。
研究团队的数据显示，这种结构转变呈现出清晰的渐进过程。
研究人员观察到新的六方密堆积冰相（实心三角形和实心圆圈）的条件表明，这种冰相是在极端压力和温度下出现的。(Forestier et al., Phys. Rev. Lett. , 2026)
有意思的是，研究团队回顾此前实验数据后意识到，早在130吉帕斯卡以上的观测中，就已经出现过未被识别的X射线衍射峰，而这些信号很可能正是hcp冰的特征信号,只是当时并未被认出。
研究人员据此推测，在200吉帕斯卡以上的压力区间,hcp或许才是超离子冰更为稳定的原子排列方式。
这一转变看似只是原子尺度上的细微差别，但它可能对太阳系内行星的物理图景产生不小的影响。
倘若hcp冰的导电方式与fcc冰存在差异，那么它在天王星和海王星深处的存在,很可能会改变科学家对这两颗行星内部物质与电荷输运方式的现有模型,而这一过程正被认为与产生行星异常、混乱磁场的机制密切相关。
不过研究团队也坦承，目前对hcp冰性质的了解仍相当有限，这种物质刚刚被发现不久。
他们呼吁开展更多理论研究，深入探究其机械可塑性和导电性等关键属性,同时也需要更多实验来确定，在极端压力和温度条件下，hcp冰相对于fcc冰的稳定区间究竟在哪里。
水本身已经足够奇特，而超离子冰则将这种奇特性推向了极致。
科学家们对这种物质的能力仍只是略窥一二,而某种意义上说，人类赖以生存的这种普通液体，其内核深处竟隐藏着如此不寻常的另一面,这也算是一种颇具诗意的巧合。
这项研究成果已发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。
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