我们冰箱里的冰通常只有一种形式，其水分子呈六边形排列——这就是为什么雪花总是有六个尖角。但根据周围的压力和温度，自然界中存在多达 20 种不同的冰变体。例如，一种称为 VII 型冰的冰已被发现被困在钻石内部，这些钻石是从地幔中提炼出来的。科学家们也曾推测，在冰冷行星的核心深处，一种被称为 X 型冰的神秘相会渗透其中。
在实验室中创造这些奇异的冰相是一项艰巨的任务，但在过去的几十年里，世界各地的科学家们从未停止过努力。据报道，内华达大学拉斯维加斯分校的一个研究小组观察到了一种新发现的冰相，称为 VIIIt 型冰，以及难以捉摸的 X 型冰。X 型冰因其水分子之间独特的键合而脱颖而出。科学家们说，X 型冰出现在 300,000 倍大气压的压力下——这对我们来说是极高的压力，但却是这种不寻常冰存在的最低记录。
“我们非常兴奋和惊讶，”首席作者兼物理学家 Zachary Grande 说。“很多人对此表示怀疑。” 自首次探测以来，该团队花了三年时间来确认他们的结果。研究人员上周在《Physical Review B》杂志上发表了他们的研究成果。
然而，其他专家对这些结果是否真的指向 X 型冰表示怀疑。
“这项工作证实了之前关于 VII 型冰在压力下出现异常转变的报告，”伊利诺伊大学芝加哥分校的物理化学家 Russell Hemley 在电子邮件中写道，他没有参与这项研究。但他认为，需要更多证据来通过新的研究确认 X 型冰的形成。
一个水分子由两个氢原子和一个氧原子组成。每个水分子都强烈吸引着它的邻居。这种分子间吸引力可以使水粒子以多种方式间隔排列，并影响每个氢原子位于两个氧原子之间。原子的这种构象决定了冰的相。
恰如其名，X 型冰可以说是所有冰相中最极端的。它是唯一一种在整个晶格中，每个氢原子都恰好位于两个氧原子中间的冰。在 VII 型冰和 VIIIt 型冰等其他冰相中，氢原子会随机地倾向于其两侧的其中一个氧原子。
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确定 X 型冰的出现就像在薄冰上行走一样困难。其特征是氢原子相对于氧原子的位置。但氢是元素周期表中原子量最轻的原子，几乎是看不见的。大多数实验技术是通过探测水的氢氧键来推断氢原子的位置，而不是直接观察氢原子。
Grande 和同事声称他们以迄今为止最低的压力实现了 X 型冰，他们通过氧原子的振动推断出了它的存在。研究人员在两颗钻石之间挤压冰，并用激光周期性地加热固体，他们称之为“烘烤并观察”的方法。激光融化了杂乱的晶体，使冰能够重结晶成不同的原子构型。
在 5 吉帕斯卡（相当于大气压的 50,000 倍）的压力下，研究小组检测到了一种新的中间相，他们称之为 VIIIt 型冰，其中原子的排列方式与 VII 型冰不同。进一步将 VIIIt 型冰压缩到 30 吉帕斯卡，其结构再次发生变化。通过测量氢原子和氧原子的振动能量，研究人员推断出 X 型冰也出现了。他们还注意到氢氧键变硬，这也是 X 型冰的一个可能特征。
卡内基科学研究所的物理学家 Alexander Goncharov 没有参与这项研究，他不同意研究人员制造出了 X 型冰。他说他过去也进行过类似的测量，但在这些较低的压力下未能发现 X 型冰的证据。此前，他的团队曾证明 X 型冰仅出现在约 60 吉帕斯卡的压力下。
Goncharov 补充说，振动能量数据并非 X 型冰的“确凿证据”，容易被误读。他说，X 型冰最有说服力的证据是 X 射线或中子衍射测量，这些测量可以揭示固体的晶体结构。然而，这些方法执行起来具有挑战性，并且可能需要科学家干扰冰本身，以便使氢原子可见。
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Goncharov 说，关于检测到 X 型冰的新说法，其出现的频率和可疑程度不相上下。他说，迄今为止，没有一项研究（包括他自己的研究）能够无可辩驳地证明自 1980 年代首次声称发现 X 型冰以来，就已成功发现了它。
但该领域的没有人怀疑 X 型冰的存在。“当然它存在，”Goncharov 说。“物理模型非常清晰，事实不言自明。” 他将 X 型冰的理论与阿尔伯特·爱因斯坦的相对论预测进行了比较——当时的科学家们相信它们，但直到多年后，新一代的科学家才进行了证实他假设的实验。就像天体物理学家在黑洞、引力波和时空方面找到了爱因斯坦理论的证据一样，未来的 X 型冰实验家需要说服他们的同行，并证明理论是正确的。
