Paradoxen för den saknade xenon kan låta som titeln på den senaste flygplatsthrillern, men det är faktiskt ett problem som har förvirrat geofysiker i decennier. Nytt arbete från ett internationellt team inklusive Carnegies Alexander Goncharov och Hanyu Liu, och Carnegie -alumnerna Elissaios Stavrou och Sergey Lobanov, jagar lösningen på detta långvariga pussel.

Mysteriet härrör från meteoriter, som behåller ett register över vårt solsystems tidigaste dagar. En typ, kallas kolhaltiga kondriter, innehålla några av de mest primitiva kända proverna av solsystemmaterial, inklusive mycket mer xenon än vad som finns i vår egen planets atmosfär.

"Xenon är en av en familj med sju element som kallas ädelgaser, varav några, såsom helium och neon, är kända namn, "sa huvudförfattaren Stavrou, nu vid Lawrence Livermore National Laboratory, om lagets papper i Fysiska granskningsbrev . "Deras namn kommer från en slags kemisk avståndstagande; de ​​kombinerar normalt inte, eller reagera, med andra element. "

Eftersom xenon inte spelar bra med andra, det är brist på jordens atmosfär - även i jämförelse med andra, lättare ädelgaser, som krypton och argon, som teoretiska förutsägelser säger oss borde vara ännu mer utarmade än xenon - är svårt att förklara.

Det betyder inte att många inte har försökt.

Detta forskargrupp - som också inkluderade Yansun Yao vid University of Saskatchewan, Joseph Zaug också från LLNL, och Eran Greenberg, och Vitali Prakapenka vid University of Chicago - riktade sin uppmärksamhet på tanken att den saknade xenon kan hittas djupt inne i jorden, specifikt dold i föreningar med nickel och, framförallt, järn, som utgör det mesta av planetens kärna.

Det har varit känt ett tag att även om xenon inte bildar föreningar under omgivande förhållanden, under de extrema temperaturerna och trycket i planetariska interiörer är det inte riktigt så avskilt.

"När xenon kläms av extrema tryck, dess kemiska egenskaper ändras, låta den bilda föreningar med andra element, "Lobanov förklarade.

Med hjälp av en laseruppvärmd diamantstädcell, forskarna efterliknade förhållandena i jordens kärna och använde avancerade spektroskopiska verktyg för att observera hur xenon interagerade med både nickel och järn.

De fann att xenon och nickel bildade XeNi3 under nästan 1,5 miljoner gånger normalt atmosfärstryck (150 gigapascal) och vid temperaturer över cirka 1, 200 grader Celsius (1, 500 kelvin). Vidare, vid nästan 2 miljoner gånger normalt atmosfärstryck (200 gigapascal) och vid temperaturer över cirka 1 grader, 700 grader Celsius (2000 kelvin), de syntetiserade komplexa XeFe3 -föreningar.

"Vår studie ger det första experimentella beviset på tidigare teoretiserade föreningar av järn och xenon som existerar under de förhållanden som finns i jordens kärna, "Sade Goncharov." Men det är osannolikt att sådana föreningar kunde ha gjorts tidigt i jordens historia, medan kärnan fortfarande bildades, och trycket i planetens inre var inte lika stort som nu. "

Forskarna undersöker om en tvåstegs bildningsprocess kunde ha fastnat xenon i jordens tidiga mantel och sedan senare införlivat det i XeFe3 när kärnan separerades och trycket ökade. Men mer arbete återstår att göra.