Физики обнаружили скрытое состояние воды при переохлаждении

Международный коллектив физиков при поддержке Стокгольмского университета впервые экспериментально подтвердил существование ранее не наблюдаемого критического состояния в переохлажденной воде. Итоги многолетних изысканий опубликованы в ведущем научном издании Science.

Опыт проводился на южнокорейском ускорителе PAL-XFEL, где физики использовали сверхбыстрые рентгеновские импульсы. Главным инструментом стал нагрев через ИФ-лазеры и мгновенная съемка структуры жидкости. Это позволило заглянуть в «ничейную землю», где вода существует между жидким и твердым состояниями, прежде чем успевает кристаллизоваться в лед.

Главный вывод работы заключается в том, что при глубоком переохлаждении вода способна одновременно существовать в двух различных жидких формах. В одной из них молекулы упакованы с низкой плотностью, в другой — с высокой. Каждое из этих состояний обладает неповторимой архитектурой водородных связей. В определенной точке, названной критической, обе фазы сливаются, создавая зону высокой нестабильности. Точные параметры этой точки — примерно минус 63С и давление в 1000 атм.

Ученые также зафиксировали, что по мере приближения к критической точке динамика системы резко уменьшается, а молекулярные перестройки идут дольше. Открытие ставит точку в научной дискуссии, начатой еще Вильгельмом Рентгеном более века назад. Понимание скрытого критического состояния воды имеет фундаментальное значение для климатологии, геологии и биологии, а также помогает объяснить повседневные аномалии — почему лед плавает, а не тонет.