Сенсационное открытие в области науки: выявлено четвертое состояние воды
В статье, опубликованной в Physical Review Letters, исследователи Oak Ridge National Lab (ORNL) описывают совершенно новое состояние воды при ультра конфайнменте в горных породах, почве и клеточных стенках. Новость передает Gadgets.su.
По словам ученых, это открытие будет представлять большой интерес в различных дисциплинах. Так называемое туннельное состояние молекул воды обусловлено сильным давлением в рамках небольшого пространства, таком как сверхмалые шестигранные каналы минерального твердого вещества, известного как кристалл берилла.
Как мы все знаем, при экстремальных условиях вода может принимать три состояния: газообразное, жидкое или твердое, что делает воду уникальным соединением, не имеющим себе равных. В физике квантовое туннелирование означает, что частица, или в данном случае — молекула, может преодолевать барьер и быть по обе стороны от него сразу или между ними. К примеру, можно представить скатывание мяча с одной стороны холма на другую. В этом случае второй холм будет выступать в роли барьера, и мячу понадобится дополнительная энергия, чтобы подняться на ту же высоту, с которой он первоначально скатился. Если второй холм выше, мяч не сможет его пройти. Это есть классическая физика. Квантовая же физика, в частности концепция туннелирования, означает, что мяч может перейти на другую сторону холма с легкостью или даже находиться внутри холма, ровно как и по обе его стороны.
Классическая физика исключает возможность атома преодолеть барьер без достаточного количества энергии, как объясняет ученый ORNL и ведущий автор статьи об этом сенсационном открытии в журнале Physical Review Letters от 22 апреля — Александр Колесников. Однако в случае с заточенной водой в берилла его команда изучила молекулы воды, которые действовали по принципу квантовой физики, то есть неестественным в нашей жизни образом.
Это означает, что атомы водорода и кислорода одновременно присутствуют во всех шести симметрично эквивалентно расположенных каналах, что может происходить лишь в квантовой механике и не имеет аналогов в повседневном опыте, пояснил Колесников.
С помощью экспериментов рассеяния нейтронов, исследователи обнаружили, что молекулы воды распростерты на два рифленых кольца, один внутри другого. В центре кольца — атом водорода, который составляет одну треть от молекулы воды, расположен в шести различных направлениях одновременно. Туннелирование среди этих ориентаций означает, что атом водорода не находится в одном положении, он размазывается в форме кольца.
Это открытие представляет собой новое фундаментальное понимание поведения воды и способа, которым вода использует энергию. Также стоит отметить, что те молекулы воды в зеленовато-голубом или изумрудном кольце — синие и зеленые разновидности берилла — подвергаются тому же самому квантовому туннелированию, которое исследователи видели в своих экспериментах.
Поскольку обнаруженные командой ORNL свойства воды совершенно новые, пока что неясно, почему и как они работают. Тем не менее, эта находка в будущем обязательно заставит ученых раскрыть механизм, приводящий к этому пока что необъяснимому явлению.
Колесников добавляет, что открытие может иметь последствия там, где вода находится в крайне ограниченном пространстве, например, в клеточных мембранах или внутри углеродных нанотрубок. Следующие видео от ORNL предоставляет более подробную информацию об открытии.
