Международная команда исследователей сделала фундаментальное открытие, обнаружив, что вода может пребывать в двух различных жидких состояниях.
Исследование опубликовано в журнале Science. Вода, как известно, является одной из ключевых основ жизни, поэтому ее фазовое поведение имеет фундаментальное значение для самых разных областей науки и техники — от биохимии до материаловедения и промышленных процессов. Знание о ее состояниях может иметь большое значение для научных и инженерных достижений.
Привычное нам жидкое состояние воды соответствует температуре около 25 градусов Цельсия. Идею о том, что жидкая вода может находиться в двух разных состояниях, высказали около 30 лет назад на основании теоретических выкладок и компьютерного моделирования, которое показало: при сильном охлаждении она должна переходить в другое состояние жидкости.
Однако показать это экспериментальным путем пока не удавалось, поскольку при таком охлаждении кристаллизация льда происходит чрезвычайно быстро и «увидеть», что происходит с «жидкой» водой, крайне сложно. До этого момента воду в жидком состоянии могли «удержать» лишь при температурах, не ниже минус 48 градусов Цельсия. Международная группа исследователей смогла добиться жидкого состояния воды при более низких температурах.
Для этого ученые провели эксперимент с использованием инфракрасного фемтосекундного лазера и рентгена. То есть воду не охлаждали, а нагревали аморфный лед высокой плотности особым способом при помощи инфракрасного лазера, который вырабатывал сверхкороткие, но мощные импульсы тепла.
В результате воду удалось «догреть» до температуры в минус 63 градуса Цельсия, а затем подсветить рентгеном, наблюдая за ее состоянием. Выяснилось, что вода при этом может существовать в виде жидкости с низкой плотностью при низком давлении и в виде жидкости с высокой плотностью при высоком давлении.
У этих двух образцов воды оказались разные свойства, а плотность различалась на 20 процентов. Таким образом, ученые предполагают, что в таких состояниях две жидкости не будут смешиваться друг с другом, сосуществуя примерно так же, как нефть и вода.