У переохолодженій воді вперше зафіксували критичну точку — межу, де дві її рідкі форми різної щільності перестають відрізнятися одна від одної. Існування цієї точки передбачили ще 1992 року та відтоді вважали ключем до пояснення аномальних властивостей води — зокрема, чому вода найгустіша за температури чотири градуси Цельсія, а не при замерзанні. Щоб зафіксувати точку до утворення кристалів льоду, фізики нагрівали аморфний лід наносекундним інфрачервоним лазером і майже миттєво просвічували зразки рентгенівськими імпульсами. Дослідження опублікували в журналі Science.

Художнє зображення того, як опромінення води лазером дозволило фізикам зафіксувати перехід між двома її станами з різною щільністю. POSTECH University, South Korea

Чому критичну точку не могли зловити 30 років?

Вода є однією з найскладніших для опису рідин, адже демонструє низку аномальних властивостей, таких як найбільша густина саме за температури чотири градуси Цельсія. Основне, але досі не доведене пояснення цієї особливості полягає в тому, що за дуже низьких температур і підвищеного тиску вода може існувати у двох рідких формах з різною густиною. Критична точка в такій системі є межею, де різниця між цими формами зникає, а коливання густини різко посилюються. Досі зафіксувати критичну точку не вдавалося через те, що вода миттєво кристалізувалася при переохолодженні.

Вирішити це вдалося завдяки вдосконаленим рентгенівським лазерам та інфрачервоним лазерам, здатним випромінювати світло протягом наносекундних проміжків часу. Під час експерименту в переохолодженій воді виникали широкі й повільні структурні зміни, а її теплоємність різко зростала поблизу критичної температури. За оцінками авторів, нова критична точка води лежить поблизу 210 Кельвінів, що відповідає приблизно -63 градусам Цельсія, і тиску близько 1000 бар. Це дає фізикам нову експериментальну основу для пояснення частини аномальних властивостей води, яка є основою для всього живого на Землі.

Які ще незвичні властивості води досліджували фізики

💧 Перехід між двома рідкими станами науковці виявляли й раніше, зафіксувавши воду з низькою щільністю за низького тиску та з високою щільністю за високого тиску.

☁️ А дослідження ефекту Ляйденфроста, який запобігає швидкому випаровуванню краплин води, допомогло фізикам краще описати взаємодію крапель рідини з поверхнею та іншими краплями.

⚡️ Крім того, науковці змусили чисту воду проводити струм і набути золотистого кольору — за такі властивості воду назвали «металічною».