Studiile efectuate recent cu ajutorul facilității European XFEL au făcut posibilă observarea în timp real a primelor microsecunde ale procesului de îngheț, oferind imagini fără precedent asupra modului în care se formează nucleele cristaline de gheață în lichide suprarăcite, conform unui articol din revista Nature.
Aceste cercetări se înscriu într-un domeniu în care teoriile clasice, dezvoltate încă din lucrările lui Josiah Willard Gibbs și ulterior formalizate în teoria clasică a nucleației, nu au reușit să explice cu exactitate viteza reală de formare a cristalelor. Diferențele dintre predicțiile teoretice și rezultatele experimentale pot ajunge, în anumite situații, la zeci de ordine de mărime.
O echipă internațională de fizicieni a utilizat jeturi de lichide simple, cum ar fi kriptonul și argonul, pentru a investiga înghețarea în condiții controlate. Rezultatele demonstrează că tranziția de la lichid la solid se produce în doar câteva microsecunde, pe distanțe de câteva sute de micrometri.
Deși modelele teoretice rămân imperfecte, aceste experimente au redus considerabil discrepanța dintre predicții și observații, apropiind comunitatea științifică de o descriere unitară a fenomenului.
Simulări computerizate avansate
Un alt pas important îl reprezintă utilizarea simulărilor computerizate de ultimă generație. Acestea indică faptul că formarea gheții nu urmează o structură perfect sferică, așa cum presupunea teoria clasică, ci implică aranjamente atomice mult mai variate și dezordonate decât se credea anterior.
Acest fenomen are implicații semnificative nu doar pentru fizica fundamentală, ci și pentru modelarea climatului global. Cristalele de gheață din nori – în special cele de mare altitudine – influențează balanța de radiație a Pământului și, implicit, dinamica încălzirii globale.
Cercetătorii subliniază că o înțelegere aprofundată a nucleației omogene ar putea conduce la modele climatice mai precise și ar putea avea aplicații în geofizică și știința materialelor, inclusiv în studiul formării nucleului solid al Pământului sau al solidificării metalelor.
În ciuda progreselor semnificative, experții avertizează că procesul rămâne departe de a fi pe deplin explicat. Diferențele dintre rezultate experimentale și simulări continuă să fie de ordinul a până la 20 de ordine de mărime în anumite cazuri.
