Naukowcy odkryli czwarty stan skupienia wody

Odkryto nowy stan materii, kiedy badacze umieszczali cząsteczki wody pod ekstremalnym ograniczeniem.

Naukowcy z Oak Ridge National Laboratory w Tennessee wycisnęli cząsteczki wody między heksagonalnymi kryształami berylu i odkryli, że woda działa w zupełnie nowy sposób. Cząsteczki wody zaczynają poruszać się zgodnie z prawami mechaniki kwantowej, wykazując zjawisko zwane tunelowaniem kwantowym.

Tunelowanie kwantowe pozwala cząstkom przesuwać się przez bariery energetyczne. Jeśli masz cząstkę kwantową w pudełku, może ona przejść przez ścianę pudełka, nawet jeśli nie ma energii, aby wyskoczyć z pudełka. W tym konkretnym przypadku cząsteczki wody w krysztale berylowym nie znajdują się już w określonej pozycji, ale zamiast tego są rozłożone.

“Odkrycie to stanowi nowe fundamentalne zrozumienie zachowania wody i sposobu, w jaki woda wykorzystuje energię” – powiedział Lawrence Anovitz, współautor raportu z badań. “Ciekawe jest również sądzić, że te cząsteczki wody w twoim akwamarynowym lub szmaragdowym pierścieniu – niebieskie i zielone odmiany berylu – przechodzą te same tunelowanie kwantowe, jakie widzieliśmy w naszych eksperymentach.”

Sześciokątny kanał berylu ma tylko 0,1 miliarda szerokości metra (typowy atom jest około pięć razy mniejszy), więc gdy woda zostanie wstrzyknięta, to naprawdę odczuwa ściśnięcie. Korzystając z symulacji, zespół przewidywał, że cząsteczki wody będą się organizować w kształcie pierścienia.

Weryfikowali to za pomocą rozpraszania neutronów, wspólnej techniki wykorzystywanej w badaniach materiałów. Okazało się, że ich średnia energia w punkcie prawie absolutnego zera była o około 30 procent mniejsza niż w lodzie.

“To kompletna niezgodność z przyjętymi modelami opartymi na energiach jego trybów wibracyjnych” – powiedział Alexander Kolesnikov, główny autor badania.

Te badania, opublikowane w Physical Reviews Letters, mają aplikacje wykraczające poza ten ograniczony przypadek. Uważa się, że woda wykazuje podobne zachowanie w ważnych procesach geologicznych, chemicznych i biologicznych. Zrozumienie tego nowego i ciekawego stanu materii może pomóc naukowcom w lepszym modelowaniu przepływu wody przez nanorurki węglowe, interfejsy mineralne i błony komórkowe.

Zobacz również:

Philae wykrył organiczne cząsteczki na komecie Wskazówki do tajemniczych świateł, które pojawiają się przed trzęsieniami ziemi Co musisz wiedzieć o organizmach genetycznie zmodyfikowanych Czy rozwiążesz zagadkę Einsteina? Nowe hipotezy dotyczące niezwykłej formacji Merkurego Sześć tajemnic rozwiązanych przez naukę Co dzieje się z ciekłym azotem w próżni?