Дослідники підтвердили, що при низьких температурах вода може перетворюватися в іншу, більш щільну рідину.
Новий вид “фазового переходу” у воді був вперше запропонований 30 років тому в дослідженні вчених з Бостонського університету. Автори дослідження тоді припустили, що при значному охолодженні рідка вода повинна розділятися на дві форми з різною щільністю.
Однак експериментально підтвердити цю гіпотезу поки не вдавалося, тому що перехід повинен відбуватися при температурах, коли в нормальних умовах вода перетворюється на лід. У статті, опублікованій в журналі Nature Physics, дослідники з Бірмінгемського університету та Університету Сапієнца в Римі наводять докази існування «щільної води».
Фізики використовували комп’ютерне моделювання, щоб пояснити, які особливості відрізняють дві рідини на мікроскопічному рівні. Вони виявили, що молекули води в рідині з високою щільністю утворюють структури, які вважаються “топологічно складними”, такі як вузол-трилисник (схоже на крендель) або зв’язок Хопфа (нагадує ланки ланцюга). Навпаки, молекули в рідині з низькою щільністю в основному утворюють прості кільця, і, отже, молекули в рідині з низькою щільністю не заплутані.
Комп’ютерна модель стану води з високою щільністю. Зображення: Andreas Neophytou et al., Nature Physics
Дослідники використовували у своєму моделюванні колоїдну і молекулярні моделі води. Колоїди – це частинки, які можуть бути в тисячу разів більше, ніж одна молекула води. Завдяки своєму відносно більшому розміру і, отже, більш повільному руху, колоїди використовуються для спостереження і пояснення фізичних явищ, які також відбуваються в набагато менших атомних і молекулярних масштабах.
Дослідники вважають, що розроблена ними модель, допоможе спроектувати експериментальні умови для підтвердження фазового переходу в рідині. Крім того, вони вважають, що аналогічні стани можуть спостерігатися і у інших речовин, наприклад, кремнію.