Рентгеновские лазеры помогли обнаружить критическую точку в переохлажденной воде

Ученые из Стокгольмского университета, используя мощности рентгеновских лазеров, зафиксировали критическую точку в состоянии переохлажденной воды при температуре -63 °C и давлении в 1000 атмосфер. Это открытие позволяет обосновать фундаментальные причины аномального поведения воды, которое существенно отличает ее от большинства известных жидкостей.

Привычная нам влага обладает исключительными физическими характеристиками: динамика ее плотности, теплоемкости, вязкости и коэффициента сжатия не вписывается в стандартные модели. Так, плотность воды становится максимальной при 4 °C, однако при дальнейшем охлаждении она парадоксальным образом начинает расширяться. Подобные феномены долгое время оставались одной из главных загадок в физике конденсированного состояния.

Применив технологию ультракоротких рентгеновских импульсов, исследователи проследили за трансформацией воды между двумя жидкими фазами непосредственно перед ее замерзанием. Андерс Нильссон, профессор химической физики, пояснил, что обнаруженная критическая точка объясняет структурные странности воды: в данном режиме вещество балансирует между двумя состояниями, что порождает интенсивные флуктуации и внутреннюю нестабильность.

Иллюстрация: POSTECH University, South Korea

Науке стало известно, что вода может существовать в двух макроскопических жидких модификациях, различающихся конфигурацией межмолекулярных связей. С ростом температуры или снижением давления эти различия нивелируются, превращая субстанцию в гомогенную фазу. Тем не менее, эта скрытая нестабильность продолжает определять свойства воды даже при комнатных параметрах.

Эксперимент также продемонстрировал, что при приближении к критической отметке молекулярная динамика замедляется настолько сильно, что авторы сравнили этот эффект с «черной дырой» для молекул. Данная работа задает новый вектор в изучении воды и ее фундаментального воздействия на глобальные процессы.

Исследователи акцентируют внимание на том, что вода — единственная сверхкритическая жидкость, способная существовать в условиях, поддерживающих жизнь. Именно этот фактор может оказаться решающим для понимания ее уникальной функции в химии, климатологии и биологической эволюции.

Источник: iXBT