أكد علماء الفيزياء تجريبيا إمكانية وجود حالة غير عادية من المادة يعتقد أنها موجودة في اللب الداخلي للأرض. نحن نتحدث عن ما يسمى بالمرحلة الفائقة التأين – وهي الحالة التي تتصرف فيها المادة في نفس الوقت مثل المادة الصلبة والسائلة. ونشرت نتائج العمل في المجلة مراجعة العلوم الوطنية.

منذ ثلاثينيات القرن العشرين، تم وصف البنية الداخلية للأرض من خلال نموذج للقلب الخارجي السائل والقلب الداخلي الصلب، المضغوطين بضغط هائل. ومع ذلك، فقد أشارت البيانات السيزمية منذ فترة طويلة إلى وجود حالات شاذة: فسرعة الموجات المستعرضة (القص) في القلب الداخلي منخفضة جدًا بالنسبة لجسم صلب عادي. يشير هذا إلى أن المادة الموجودة هناك لها خصائص ميكانيكية غير عادية.

وبالعودة إلى عام 2022، افترض فريق بقيادة الجيوفيزيائي يو هي من الأكاديمية الصينية للعلوم أن نظرية التأين الفائق يمكن أن تفسر المشكلة.. وفي هذه الحالة، تشكل ذرات الحديد الثقيلة شبكة بلورية صلبة، وتتحرك الذرات الأخف – مثل الكربون – بحرية داخلها، مثل السائل.

يكتب الآن أن هذه الفرضية قد تلقت تأكيدًا تجريبيًا تنبيه العلوم. استخدم فريق يوجون تشانغ من جامعة سيتشوان طريقة ضغط الصدمات الديناميكية. تم تسريع مقذوفات صغيرة من سبائك الحديد والكربون بواسطة مدفع غاز ثنائي المرحلة إلى سرعات تزيد عن 7 كم / ثانية واستهدفت هدف فلوريد الليثيوم. وقد أدى الاصطدام إلى خلق ضغط يصل إلى 140 غيغاباسكال ودرجة حرارة تبلغ حوالي 2600 كلفن، وهي أقل من درجة الحرارة في اللب الداخلي للأرض، ولكنها كافية لإعادة إنتاج العمليات الفيزيائية الرئيسية.

وعلى الرغم من أن هذه الظروف لم تدم سوى نانوثانية، إلا أن ذلك كان كافيًا لقياس كثافة ودرجة حرارة وسرعة انتشار الموجات الصوتية. وأظهرت التجارب أن سرعات موجة القص منخفضة للغاية وقيم نسبة بواسون التي تزامنت مع بيانات الرصد الزلزالي. وفي الوقت نفسه، ظلت الشبكة الحديدية صلبة، في حين أظهرت ذرات الكربون قدرة عالية على الحركة.

ووفقا للمؤلفين، فإن هذا الاكتشاف يسمح لنا بالانتقال من نموذج ثابت للنواة الداخلية إلى نموذج أكثر ديناميكية ويمكن أن يسلط الضوء على العمليات المرتبطة بتكوين المجال المغناطيسي للأرض. إن فهم حالة المادة الفائقة التأين يجعل العلماء أقرب إلى كشف الخصائص الفيزيائية لأعماق الكواكب الأرضية.