Egy új kutatásnak köszönhetően pedig a válaszhoz is közelebb jutottunk, hogy ezt miért lehet megtenni.
A hópelyhek káprázatos szépsége bizonyítja, hogy a víz milyen csodálatos formákat képes kialakítani fagypont alatt. Nyomás alá helyezve a H2O-molekulák elegáns tánca a szuperhideg hőmérsékleten valami bizarrá torzul, és gyakorlatilag csomókba kötik magukat, hogy elkerüljék a jéggé alakulást. A brit Birminghami Egyetem és az olaszországi Sapienza Università di Roma kutatói a nyomás alatt lévő folyékony víz molekuláinak viselkedését vizsgálták olyan körülmények között, amelyek általában kristályosodáshoz vezetnének.
A víz mint részecskeszuszpenzió viselkedésének újszerű modellezése alapján két különböző folyadékállapot kulcsfontosságú jellemzőit azonosították; az egyik topológiailag összetett, perechez hasonló, felülnézeti csomóba kötött, a másik egyszerűbb gyűrűkből álló, kisebb sűrűségű képződmény. Az 1990-es években lefektetett elméletek már utaltak arra, hogy milyen molekuláris kölcsönhatások játszódhatnak le, amikor a vizet szuperhűtik – a víz megszilárdulás nélkül a tipikus fagyáspontja alatti hőmérsékletre hűtik le.
A tudósok már évek óta feszegetik a víz hűtésének határait anélkül, hogy az szilárd állapotba kerülne, és végül sikerült egy pillanat töredékéig kaotikus folyékony formában tartani a vizet őrületesen hideg, -263 Celsius-fokon anélkül, hogy jéggé változott volna. Amennyire előrehaladást értek el ezen állapotok laboratóriumi demonstrálásában, a tudósok még mindig próbálják kitalálni, hogy pontosan hogyan is néznek ki a szuperhűtött folyadékok, ha megvonják tőlük a hőt. Egyértelmű, hogy a kritikus pontokon a vízmolekulák közötti versengő poláris vonzások a rázkódó részecskék termodinamikai zümmögése fölé emelkednek.
A kristályos formába nyomuláshoz szükséges mozgástér hiányában a molekuláknak más, kényelmes konfigurációkat kell találniuk. Mivel ennyi tényező játszik szerepet, a kutatók általában megpróbálják leegyszerűsíteni, amit csak tudnak, és a fontos változókra koncentrálni. Ebben az esetben, ha a víz „csomóit” úgy tekintjük, mintha azok a folyadékban feloldott nagyobb részecskék lennének, jobban megérthetjük az egyik elrendeződésből a másikba történő átmeneteket. Az ilyen szemléleten alapuló számítógépes modellek rámutattak egy finom változásra a szétnyomuló víz és a sűrűbb formában egymáshoz közelebb telepedő részecskékből álló forma között.
Érdekes módon a molekuláris kölcsönhatások alakja – vagy topológiája – is teljesen másképp nézett ki ebben a vízi tájban: a molekulák bonyolult hálózatokba gabalyodtak, amikor összebújnak, vagy sokkal egyszerűbb formákká váltak, amikor szétnyomódtak. Az összefonódott részecskehálózatok e furcsa tere megérett a felfedezésre. Bár nem teljesen különböznek a kovalens kötésű molekulák hosszú láncolatától, az ilyen csomók átmeneti jellegűek, és a folyékony környezet változásával cserélődnek.
Tekintettel a kusza kölcsönhatásokra, a nagy nyomású, alacsony hőmérsékletű környezetben található folyékony víz természete nem hasonlít semmihez, amit a Föld felszínén találunk. Ha többet tudunk nemcsak a víz, hanem más folyadékok topológiai viselkedéséről is ilyen körülmények között, akkor betekintést nyerhetünk a szélsőséges vagy nehezen hozzáférhető környezetekben, például távoli bolygók mélyén található anyagok aktivitásába.
(Forrás: ScienceAlert)