Így lesz kincs a szemétből, csak egy brutális lézer kell hozzá.
Míg mifelénk a gyémánt a legritkább drágakőnek számít, a Neptunusz és Uránusz légkörében az extrém magas nyomás miatt esőként hullik alá. Mivel az említett bolygók jóval nagyobbak a Földnél, nagyon valószínű, hogy a Naprendszerben nem a víz, hanem a gyémánt a leggyakoribb csapadék.
Mindez egy hetvenes évek óta létező tudományos feltevés, amelynek közvetlen igazolására nincs gyakorlati esély. Németországban és Kaliforniában dolgozó tudósoknak azonban mégis sikerült laboratóriumban olyan körülményeket teremteniük, ami ezeket a világokat jellemzi.
Először 2017-ben sikerült polisztirol gombócokat nanogyémántokká préselniük a kaliforniai National Accelerator Laboratory nagy teljesítményű röntgenlézerével. A folyamat során a műanyag 5000 kelvinre forrósodott, miközben a 150 gigapascal nyomás érte, ami a jeges bolygók belsejében 10 kilométer mélységben uralkodó viszonyoknak felel meg.
Miközben a polisztirolt két lézercsapás drágakővé változtatta, a kutatók rájöttek, hogy tisztázniuk kell az oxigén szerepét a történetben. Öt évvel később, most publikált kutatásukban ezért polietilén-tereftalátot, ismertebb nevén PET-et, azaz műanyagot bombáztak lézerrel. A polisztirollal szemben a PET oxigént is tartalmaz, és a szénnel és hidrogénnel együtt az összetevő elemek aránya valamivel közelebb van a Neptunusz és Uránusz légköréhez.
Az ottani körülményekre jellemző kémia modellezése nagyon összetett és nehéz. Ha erről beszélünk, elméleti szakemberek egyik tipikus szófordulata, hogy „bármi történhet”. Igazából voltak olyan előrejelzések, amelyek szerint az oxigén jelenléte segíti a gyémántképződést, mások szerint pont ellenkezőleg.
– mondja Dominik Kraus, a HZDR laboratórium munkatársa, a kutatás vezető szerzője.
A kísérletek során kiderült, hogy az oxigén valóban segíti a gyémántképződést, a PET több milliárd kristályszemcsévé alakult. Ez érdekes eredmény, a gyémántok azonban nagyon kicsik, csak pár mikrogrammosak, míg a gyakorlati alkalmazásukhoz mágneses detektorokban vagy katalizátorokban legalább pár milligrammos kristályokra van szükség.
Krausék felfedezése érint egy másik anyagot is, amelynek létezését szintén az elmélet jósolta meg előre, és csak 2019-ben sikerült előállítani. Ez a szuperionos víz, a víznek egy olyan formája, amely a jeges óriásbolygókon hatalmas nyomás alatt egyszerre rendelkezik folyékony és szilárd tulajdonságokkal.
A kísérletben még nem találtunk közvetlen bizonyítékot arra, hogy a gyémántok mellett szuperionos víz keletkezne. Ugyanakkor azt láttuk, hogy a szén elvált az oxigéntől és hidrogéntől, ami arra enged következtetni, hogy a bolygókon tisztán vízből álló térségek vannak. Így reálisabb forgatókönyv a gyémánt csapadék és a szuperionos víz is.
– vélekedett Kraus.
A szuperionos víznek egyelőre nincs gyakorlati alkalmazása, viszont fontos szerepet játszhat az említett bolygók mágneses mezejének létrejöttében.
A tudósok jelenleg a felfedezés ipari alkalmazásán dolgoznak, amelyben egyszerűbb lézerekkel nagy mennyiségben lehet műanyagot gyémántporrá konvertálni úgy, hogy más elemeket, például nitrogént is hozzáadnak.
Kraus egy 2015-ben publikált kutatásra utalva rámutatott, hogy nitrogéntartalmú nanogyémántokból olyan katalizátorok készíthetők, amelyek fény hatására képesek a szén-dioxidot lebontani, és ez fontos lehet a klímaváltozás elleni küzdelemben. Ha ez megvalósulna, az újrahasznosítással és bolygóformálással két legyet üthetnénk egy csapásra.