Science: найдена критическая точка воды, объясняющая ее аномалии

Ученые впервые получили экспериментальные доказательства существования "скрытой" критической точки воды — состояния, которое может объяснить ее необычные свойства. Работа опубликована в журнале Science.

Вода давно считается аномальной жидкостью: ее поведение отличается от большинства веществ. Например, при охлаждении обычные жидкости сжимаются, а вода после +4 °C, наоборот, начинает расширяться. Именно поэтому лед легче воды и плавает на поверхности.

Физики предполагали, что причина этих странностей — существование особого состояния при низких температурах, но прямых доказательств не было.

Теперь ученым удалось "поймать" воду в переохлажденном состоянии — при температуре около −63 °C и давлении порядка 1000 атмосфер. Для этого они использовали сверхбыстрые рентгеновские импульсы, позволяющие наблюдать структуру жидкости до того, как она кристаллизуется.

"Мы смогли буквально увидеть, как исчезает переход между двумя жидкими фазами и возникает новое критическое состояние", — пояснил профессор Андерс Нильссон.

Согласно результатам, вода при экстремальных условиях может существовать в двух разных жидких формах с различной структурой водородных связей. В критической точке эти состояния сливаются, а система становится крайне нестабильной.

Даже при обычных температурах и давлениях вода, как считают авторы, испытывает "эхо" этого состояния — постоянные микроскопические переходы между структурами. Именно они могут объяснять ее необычную теплоемкость, сжимаемость и другие свойства.

Дискуссия о природе аномалий воды ведется более ста лет — еще со времен работ Вильгельм Конрад Рентген. Новые данные могут поставить точку в этом споре.

Ученые подчеркивают, что открытие важно не только для фундаментальной физики. Понимание свойств воды влияет на климатические модели, геологические процессы и даже биологию.