A víz nagyon szokatlanul reagál nagyon alacsony hőmérsékletekre. Kezdjük azzal a ténnyel, hogy amikor lehűl, a logikával ellentétben a víz nem zsugorodik, hanem tágul (ezért a jégnek van a felhajtóképességének tulajdonsága). A hideg víz kevésbé összenyomható, mint a forró víz. Sőt, fagyasztva a vízmolekulák minden lehetséges módon megváltoztathatják a helyzetüket.
Mindez nehéz magyarázatot találni, és a meglévő elméletek heves vitákat okoznak a tudományos körökben. Az egyiket majdnem három évtizeddel ezelőtt fogalmazták meg, és azt állították, hogy a jeges víz kétféle folyékony formában létezhet, amelyek közül az egyik kevésbé sűrű. Más szavakkal, kétféle víz létezik, amelyek mindegyike külön folyadék. Nehéz ezt az elméletet laboratóriumban bebizonyítani, de az olasz tudósok bizonyítékokat találtak annak védelmére. A tanulmányt nemrégiben a Science folyóiratban tették közzé.
Tanulmányaikban Pablo Debenedetti és Gul H. Zerze, a Princetoni Egyetem, valamint Francesco Shortico (a római La Sapienza) szerint a víz második kritikus pontja -83-tól -100 fokig terjedő hőmérsékleten, majdnem 2000-szer magasabb légköri nyomáson fordul elő. mint a tengerszint feletti nyomás. A kritikus pont az egyetlen hőmérsékleti és nyomásérték, amelyen az anyag két fázisa megkülönböztethetetlenné válik, és ez történik közvetlenül azelőtt, hogy az anyag átmegy az egyik fázisból a másikba. Például a víznek jól ismert kritikus pontja van a folyadékról a gőzre való áttérésben.
"Képzelje csak el az örömünket, amikor látta, hogy a kritikus ingadozások pontosan úgy folytatódnak, ahogy vártuk - magyarázza Sortino. - Most már békésen tudok aludni, mert 25 év után ötletöm végül megerősítést talált."
Eddig a valódi vízmolekulákkal végzett kísérletek a víz „túlhűtés” második kritikus pontjának tesztelésére nem adtak egyértelmű bizonyítékot a létezéséről. Ez nagyrészt annak köszönhető, hogy a jeges víz általában jéggé alakul, mondta Debenedetti.
Ezért a kutatók úgy döntöttek, hogy számítógépes modelleket alkalmaznak. A folyamat valóban fáradságos: a modern szuperszámítógépek nagy ereje ellenére a tudósok 18 hónapot töltöttek a modellek létrehozásához szükséges számítások elvégzésével.
A szimulációk során, amikor a hőmérséklet még messze volt a fagyponttól, a víz sűrűsége nagyban ingadozott. Ennek eredményeként a tudósoknak sikerült megtalálniuk azt a kritikus pontot, amelyet a víz két különböző számítógépes modelljében kerestek. Ugyanakkor a víz kritikus pontjának mindkét modellben történő megkereséséhez eltérő számítási módszereket alkalmaztak.
A folyékony fázistól a gázfázisig történő átmenethez hasonlóan a jeges víz két különféle fázisra változhat, attól függően, hogy molekuláinak átrendeződése hogyan történik. Így egy kis sűrűségű folyadékban négy molekulát egy központi molekulára csoportosítunk, hogy tetraéder alakuljon ki. Egy nagyobb sűrűségű folyadékban azonban a hatodik molekula kerül játékba, ami sűrűségének növekedéséhez vezet.
Promóciós videó:
A kutatók cikkükben azt írják, hogy "számítási képességeink keretein belül bebizonyosodott, hogy a vízmolekulák mélyhűtése szakaszában van egy metastabil kritikus pont".
Ezt a következtetést természetesen más kísérletekkel is meg kell erősíteni, "pontosabb és drágább számítási eszközöket használva".
