Su çok soğuduğunda, moleküller hala sıvı kalırken daha büyük yapılar halinde bir araya gelebilir. Bu iki şekilde gerçekleşebilir, bu da çok farklı yoğunluktaki sıvıların ayrılmasına yol açar. Yeni araştırmalar, bu süper moleküllerin şekillerine ve her bir sıvının doğası hakkında ne söylediğine ışık tutuyor.
Donma noktasının çok altındaki su için iki sıvı faz fikri 30 yıldan uzun bir süre önce önerildi, ancak o sırada kanıtlanamamıştı. İki yıl önce kullanılan muazzam miktarda bilgisayar zamanı, modellemenin fikri desteklemesini sağladı.
Ancak suyun kendisini bu evrelerde nasıl düzenlediğine dair ayrıntılar (donmayı önlemek için son derece saf olması gereken suyun kendisinden farklı olarak) halen tam olarak belirgin değildi. Şimdi, Nature Physics’teki yeni bir makale bazı cevaplar veriyor.
Suyun sadece iki elementten oluştuğu ve moleküllerinin sadece üç atomdan oluştuğu düşünülürse, ortaya çıkan sonucun bu kadar karmaşık olması şaşırtıcı olabilir. Sıvı fazında katıdan daha yoğun olması ve buzun yüzmesine izin vermesi, neredeyse günlük olarak karşımıza çıkmasa, suyun davranışı geri kalan çoğu maddeyle çok çelişkili olmasından dolayı neredeyse inanılamayacak bir şey.
Suyu donmadan donma noktasının altına soğuttuğunuzda işler daha da karışıyor. Bunun yapılabileceği gerçeği (suda kirlilik veya kabının pürüzlülüğü yoksa) harika gösteri videolarının ortaya çıkmasını sağlıyor, ancak sıcaklıklar daha da soğudukça moleküler düzeyde “aşırı soğutulmuş su” içinde gerçekten neler olup bittiği henüz tam olarak çözülmüş değil.
Bilim insanları, aşırı soğutulmuş suyun yüksek ve düşük yoğunluklu sıvı fazları oluşturabildiğini gözlemlediler. Bunlar, döteryum gibi sudaki hidrojen atomu sayısının değişmesiyle üretilen ağır sudan farklı. Suyun moleküler bileşimi aynı kalıyor, ancak yoğunluğu moleküllerin kendilerini nasıl düzenlediklerine bağlı.
Makaleye göre, aşırı soğutulmuş suyun yüksek yoğunluklu formu, moleküllerin kendilerini bir yonca düğümü veya amatör sihirbazlar tarafından sevilen bağlantılı halkalar – Hopf bağlantısı – gibi birbirine dolandığı görülebiliyor.
Makale, “Sistem, düğümler ve bağlantılar oluşturarak hacmini aynı anda en aza indirebilir ve ağdaki bağların sayısını en üst düzeye çıkarabilir” diyor. Bu arada, daha önce şüphelenildiği gibi, düşük yoğunluklu sıvı faz, ortadaki boşluk, bu fazın ne kadar hafif olabileceğine katkıda bulunan, dolaşmamış su molekülleri halkalarını içeriyor.
Birmingham Üniversitesi’nden doktora öğrencisi Andreas Neophytou yaptığı açıklamada, “Bu anlayış bize şu anda 30 yıllık bir araştırma sorunu olan şeye tamamen yeni bir bakış açısı sağladı ve umarım sadece bir başlangıç olacaktır” dedi.
Ne yazık ki şimdilik bu ölçümler için sadece bilgisayar modellerini kullanmamız gerekiyor ve şimdilik gerçek bir deneyden uzak gibi gözüküyoruz. Yine de bu alanda yapılan atılımlar, suyun ilginç ve karmaşık doğası hakkında çok daha fazlasını öğrenebileceğimiz heyecan verici bir döneme doğru ilerliyor.