Группа исследователей из Стокгольмского университета при помощи мощных рентгеновских лазеров обнаружила критическую точку воды, скрытую в области глубокого переохлаждения. Это состояние возникает при температуре около –63 градусов Цельсия и давлении в 1000 атмосфер. Результаты работы, опубликованные в журнале Science, позволяют объяснить аномальные физические свойства воды, которые десятилетиями оставались предметом научных дискуссий.
В отличие от большинства жидкостей, плотность которых растет при охлаждении, вода достигает максимальной плотности при 4 градусах Цельсия. При дальнейшем понижении температуры она начинает расширяться, что объясняет, почему лед плавает на поверхности, а водоемы не промерзают до самого дна. Эти и другие особенности – высокая теплоемкость и сжимаемость – долгое время не имели единого теоретического обоснования.
Авторы исследования использовали сверхбыстрые рентгеновские импульсы, генерируемые лазерами в Южной Корее, чтобы зафиксировать состояние воды до начала процесса кристаллизации. Эксперимент показал, что при определенных условиях вода может существовать в виде двух различных жидких фаз, различающихся структурой молекулярных связей. В найденной критической точке эти фазы становятся неразличимы и переходят друг в друга.
По словам физиков, вблизи этой точки молекулярное движение резко замедляется, создавая эффект, напоминающий поведение материи вблизи черных дыр: попав в это состояние, система практически теряет динамику. Колебания между двумя формами жидкости сохраняются даже в обычных условиях, что напрямую влияет на поведение воды при комнатной температуре и атмосферном давлении.
Профессор химической физики Андерс Нильссон отметил, что дискуссия о природе воды велась более столетия, начиная с ранних работ Вильгельма Рентгена. Подтверждение модели с критической точкой переохлажденной воды завершает важный этап фундаментальных исследований. Теперь ученым предстоит выяснить, как выявленные механизмы влияют на химические и биологические процессы, а также на глобальные климатические изменения. В международном проекте принимали участие специалисты из Швеции, Германии, Канады и Южной Кореи.
