Исследователи из Университета Стокгольма и лаборатории PHAROS (Пхохан, Южная Корея) обнаружили одно из самых неуловимых состояний воды — так называемую критическую точку жидкость-жидкость (LLCP). Это открытие объясняет, почему H₂O ведёт себя не так, как другие жидкости. Ещё в 1890-х годах немецкий физик Вильгельм Рентген обратил внимание на аномалии воды: высокая плотность при 4°C, необычная теплоёмкость и поверхностное натяжение. Всего у воды насчитывается 66 свойств, которые отличают её от других жидкостей.

Изображение: Flux

Согласно гипотезе, при сильном переохлаждении (вода остаётся жидкой ниже точки замерзания) существуют две разные жидкие фазы — с высокой плотностью и с низкой. При определённой температуре и давлении эти фазы сливаются, создавая критическую точку. Найти её мешало одно препятствие: вода превращается в лёд быстрее, чем любые измерительные приборы успевают зафиксировать переход.

Команда под руководством Кён Хвана Кима использовала рентгеновский лазер на свободных электронах, который делает сверхбыстрые снимки. Это позволило «увидеть» процесс до того, как вода замёрзнет. Эксперименты показали, что критическая точка переохлаждённой воды находится при температуре 210 кельвинов (минус 63°C) и давлении около 1000 атмосфер. При таких экстремальных параметрах две жидкие фазы действительно сливаются в одну.

«Мы смогли применить рентген с невообразимой скоростью — ещё до того, как замёрз лёд, и наблюдали, как переход жидкость-жидкость исчезает и возникает новое критическое состояние», — пояснил Андерс Нильссон, соавтор исследования. Теперь, когда LLCP подтверждена, учёным предстоит выяснить, как это открытие влияет на понимание воды в физических, химических, биологических, геологических и климатических процессах.