Ученые обнаружили новое необычное свойство воды

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего выяснили, что при высоком давлении и низкой температуре жидкая вода может разделяться на две фазы с разной плотностью. Это открытие подтверждает теорию, предложенную еще в 1992 году, но до сих пор не проверенную экспериментально. Работа опубликована в журнале Nature Physics.

Вода — одно из немногих веществ, способных существовать одновременно в трех агрегатных состояниях: в виде льда, жидкости и пара. Кроме того, ее твердая форма менее плотная, чем жидкая, что позволяет льду плавать на поверхности воды.

Новое исследование добавляет еще одно уникальное свойство: при температуре -75°C и давлении в 1250 атмосфер вода перестает быть однородной жидкостью и разделяется на две различные фазы — одну с высокой плотностью и одну с низкой.

Ранее экспериментально воспроизвести этот эффект не удавалось. Однако команда профессора Франческо Паэзани использовала сложное компьютерное моделирование, основанное на методах машинного обучения и квантовой механики.

В своих расчетах ученые применили модель MB-pol, которая позволяет анализировать взаимодействия молекул воды на самом глубоком уровне. Она работает по принципу: поведение человека меняется в зависимости от окружения — также и молекулы воды по-разному ведут себя в зависимости от соседних частиц.

С помощью мощных суперкомпьютеров, таких как Expanse в Сан-Диего, ученым удалось провести вычисления, которые длились почти два года.

Хотя воссоздать этот эффект в лаборатории пока сложно, исследователи надеются, что в будущем появятся способы экспериментально подтвердить их теорию. Одним из возможных решений может стать технология нанокапель, где небольшие капли воды создают внутри себя высокое давление за счет поверхностного натяжения.

Кроме того, понимание этого явления может привести к созданию новых материалов с регулируемой плотностью, которые смогут, например, поглощать загрязнители или использоваться в технологиях опреснения воды.

«Мы очень ждем, когда экспериментаторы проверят наши расчеты на практике», — добавил Паэзани. — «Если гипотезы подтвердятся, это изменит наше представление о воде».