강철도 녹이는 1527°C의 뜨거운 얼음: 천왕성과 해왕성 속 전기 슬러시를 재현하다

뜨겁게 달궈진 프라이팬 위에 얼음 한 조각을 던지면 치익 소리와 함께 순식간에 녹아내려 평화로운 수증기로 변합니다. 하지만 그 얼음을 대기압 200만 배의 무시무시한 압력으로 짓누르고 초강력 산업용 레이저를 발사하면, 강철 빔조차 주황색 쇳물로 녹여버리는 충격적인 발광 결정체로 변신합니다.

물리학 최고 권위의 저널 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)에 실린 획기적인 논문에서, 프랑스 대체에너지 및 원자력 위원회(CEA)와 유럽 싱크로트론 방사광 시설(ESRF)의 알렉시 포레스티에(Alexis Forestier) 연구팀은 실험실에서 조밀육방(hcp) 초이온 얼음(Superionic Ice)을 합성하는 데 성공했습니다. 초등학교 과학 시간에 배운 고체-액체-기체의 얌전한 상태 변화는 이제 잊으셔도 좋습니다.

이 가혹한 조건에서 물은 더 이상 우리가 알던 얌전한 H₂O 분자가 아닙니다. 덩치 큰 산소 원자들은 제자리에 단단히 얼어붙어 견고한 육방정계 격자 골격을 형성합니다. 반면 가벼운 수소 원자핵(순수 양성자)은 모든 화학적 속박을 집어던지고 산소 격자의 빈틈 사이를 성난 벌 떼처럼 자유롭게 헤엄쳐 다닙니다.

그 결과 기계적으로는 단단한 암석 같으면서도 미시적으로는 액체이고, 전기적으로는 구리 도선처럼 전기가 통하는 기괴한 혼종 물질이 탄생했습니다. 만약 아이스크림 스푼으로 이 얼음을 뜨려 한다면, 스푼이 닿는 순간 1000분의 1초 만에 녹아내리면서 엄청난 감전을 겪게 될 것입니다.

다음에 누군가가 해왕성을 영화 겨울왕국 속 얼음 궁전처럼 묘사한다면, 친절하게 정정해 주세요. 그곳의 깊은 심장은 200만 기압과 1500도의 열기 속에서 강철을 녹이며 번개를 뿜어내는 전기 얼음 용광로라는 사실을 말이죠.