Objevu dosud neznámého skupenství docílili výzkumníci počítačovou simulací aplikace vysokého tlaku a teploty na krystalky draslíku. Tento alkalický kov je v přirozené podobě pevnou látkou tak měkkou, že ji lze krájet obyčejným kuchyňským nožem. 

Při vystavení tlaku a horku se však struktura draslíku přeměnila do skupenství, ve kterém většina atomů svým uspořádáním tvořila pevnou látku, ale druhá sada atomů ve stejnou chvíli vytvořila uspořádání typické pro kapalnou formu draslíku. „Nějakým způsobem se tyto atomy rozhodly rozdělit do dvou volně propojených struktur,“ upřesňuje spoluautor studie Andreas Hermann pro magazín National Georgaphic.

Jak by něco takového vypadalo v praxi? Představit si můžete krychličku draslíku, která vám začne postupně odkapávat z rukou až odteče úplně. „Bylo by to jako držet houbu plnou vody, ze které ta voda odkapává. Až na to, že i houba samotná by byla z vody,“ vysvětlil Hermann.

Změna struktury

Kovy jako je draslík jsou pro vědecký výzkum ideální. Jejich atomy v pevném skupenství utvářejí přehledně uspořádanou strukturu, která dobře přijímá teplo i elektřinu. Odborníci proto dlouho předpokládali, že dokáží jednoduše odhadnout, jak se budou chovat při aplikaci vysokého tlaku. 

Přibližně před 15 lety však vědci zjistili, že se atomy sodíku (další z řady alkalických kovů) při stlačení chovají neobvykle. Když se tlak zvýšil na hodnoty dvacettisíckrát vyšší než na povrchu Země, přeměnil se stříbrný kus kovu na průhledný materiál, který nedokázal vést elektřinu. Když atomy sodíku podrobili zkoumání rentgenovými paprsky, zjistili, že se přeskupily do daleko složitější struktury.

Podobnému experimentu proto Hermann a jeho kolegové virtuálně vystavili atomy draslíku. Počítačová simulace pracovala s tlakem až čtyřicettisíckrát vyšším než na zemském povrchu a teplotami mezi 126 a 526 stupni Celsia. Vůbec poprvé se jim díky tomu podařilo prokázat, že netradiční skupenství může být termodynamicky stabilní a nejedná se tak pouze o přechodnou fázi mezi pevnou látkou a tekutinou.

Technologie, kterou vědci použili, by navíc mohla být užitečná pro odhadování chování dalších chemických prvků. „Většina hmoty ve vesmíru čelí vysokému tlaku a teplotám, například v jádru hvězd a planet,“ vysvětluje Marius Millot z národní laboratoře v americkém Livermoru.

Neobvyklá skupenství látek

Plazma: Ionizovaný plyn vznikající odtržením elektronů z elektronového obalu atomu. Zároveň však látka musí vykazovat další specifické vlastnosti. Jde o nejrozšířenější skupenství ve vesmíru, v němž se nachází 99 procent vesmírné hmoty.

Bose-Einsteinův kondenzát: Vzniká při teplotách blízkých absolutní nule, kdy se všechny atomy chovají jako samostatné částice.

Supravodivost: Dochází k ní při ochlazení některých kovů na nízké teploty, při nichž ztrácí elektrický odpor.

Supratekutost: Tekutina ochlazená na teploty blížící se absolutní nule, která má nulové vnitřní tření. Dokáže se například „vyplazit“ po povrchu nádoby a přetéci přes okraj.

Degenerovaný plyn: Nachází se v prostředích s extrémně vysokým tlakem, jako jsou bílí trpaslíci či neutronové hvězdy.

Kvark-gluonové plazma: Stav, kdy se protony a neutrony rozkládají na kvarky, které je za normálních okolností tvoří. Předpokládá se, že existoval prvních asi 20 až 30 mikrosekund po velkém třesku, který stál na počátku vesmíru.