韩研究团队全球首次解开“水之谜”…在零下60度发现“临界点”[读懂科学]

人类数十年来未能解开的“水之谜”，在国内研究团队坚持钻研10年后，首次被实验性揭示。有观点认为，用于解释水性质的现有理论可能因此被修正。

资料图片。Pixabay供图

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科学技术信息通信部表示，Pohang 科技大学教授 Kim Kyunghwan 研究团队与斯德哥尔摩大学联合，首次在全球范围内观测到了水的“液-液临界点”。研究结果于27日（韩国时间）发表在国际学术期刊《Science》上。

利用X射线自由电子激光观测到的液-液临界点存在的实验性证据示意图。研究确认，在临界点以下水分为两种状态，在临界点以上则混合为一种状态，由此首次在实验上证明了“液-液临界点”的存在。图片由 Pohang University of Science and Technology 教授 Kim Kyunghwan 提供

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水在4℃时最重，温度再降低反而变轻，具有不同于其他液体的特殊性质。为了解释这一现象，学界提出了“存在两种不同液体状态”的假说，但由于在极低温下水会迅速结冰，数十年来始终无法通过实验加以验证。

研究团队制备出在零下70℃也不会结冰的水，并利用X射线自由电子激光以超高速观测其分子结构，从而攻克了这一难题。结果首次确认，在约零下60℃附近，两种液体状态的边界会消失，形成“临界点”。

此次成果的意义在于，为长期存在的学界争论给出了实验性结论。关于水的奇特性质源于两种液体状态相互竞争的解释，由此获得了有力支撑。

研究过程并不容易。处于极低温状态的水会在万分之一秒内冻结，几乎无法观测，采用既有方法也无法逼近临界点。研究团队引入了一种同时使用两种红外激光的新方法，从而突破了原有极限。

研究团队合影。自左起为 Pohang 科技大学教授 Kim Kyunghwan（通讯作者）、博士课程研究生 Yoo Seonju（第一作者）。科学技术信息通信部提供

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尤其是这项历时近10年的研究中最后一道关口——核心实验，是在新冠肺炎疫情期间进行的。即便海外合作者难以前来现场，研究团队仍在防疫措施下强行推进实验，最终取得了成果。

Kim Kyunghwan 教授表示：“长期持续的‘液-液临界点’争论，随着本次研究画上了句号”，“这将成为理解水的作用的新起点”。

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政府也强调，此次成果同样体现了基础研究投资结出硕果的意义。科学技术信息通信部第一次官 Koo Hyukchae 称：“这是长期稳定研究支持转化为世界级成果的典型案例”，“今后将持续营造有利于研究人员专心科研的环境”。

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