Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего сделали удивительное открытие: при высоком давлении и низкой температуре вода может разделяться на две фазы с различной плотностью. Это звучит как заголовок научной фантастики, но на самом деле является подтверждением теории, предложенной еще в 1992 году — теории, которую пока не удавалось проверить в лаборатории. Результаты этого исследования опубликованы в журнале Nature Physics.
Чтобы понять, почему это важно, представьте себе воду, которая является одним из немногих веществ на планете, способных существовать в трёх состояниях одновременно: как лед, как жидкость и как пар. Удивительно, но твердая форма воды (лед) менее плотная, чем жидкая, благодаря чему она может плавать. Теперь новое открытие добавляет еще одно интригующее свойство: когда температура опускается до -75°C, а давление достигает 1250 атмосфер, вода теряет свою однородность и разделяется на две фазы — одну с высокой плотностью и одну с низкой. Такой эффект ранее не удавалось воспроизвести экспериментально.
Как же ученые это выяснили? Команда профессора Франческо Паэзани применила сложные компьютерные модели, основанные на методах машинного обучения и квантовой механики. Они использовали модель MB-pol, которая анализирует взаимодействия молекул воды на глубоком уровне. Интересно, что поведение молекул воды зависит от их окружения — как и в обычной жизни, где всё меняется в зависимости от обстоятельств. Для проведения расчетов потребовались мощные суперкомпьютеры, такие как Expanse в Сан-Диего, и работы длились почти два года!
Хотя воссоздать этот эффект в лаборатории пока не удалось, ученые не теряют надежды на будущее. Одно из возможных решений — использование технологии нанокапель, где небольшие капли воды создают высокое давление за счет поверхностного натяжения. Понимание этого явления может привести к созданию новых материалов с изменяемой плотностью, которые, например, могли бы эффективно справляться с загрязнителями или применяться в технологиях опреснения воды.
«Мы очень ждем, когда экспериментаторы проверят наши расчеты на практике», — говорит Паэзани. И если эти гипотезы подтвердятся, это может кардинально изменить наше представление о воде и её свойствах. Вода, такой привычный элемент, у нас все еще полна тайн и сюрпризов!
