A víz tucatnyi olyan tulajdonsággal rendelkezik, amelyek szinte minden más folyadéktól megkülönböztetik. Az egyik legismertebb ilyen jellemzője a sűrűséganomália: a víz normál nyomás mellett 4 Celsius-fokon a legsűrűbb. Ezért fagynak be a tavak felülről és ezért úszik a könnyebb jég a vízfelszínen.

1984 óta ismert, hogy a víz nagyon alacsony hőmérsékleten kétféle amorf jégformát tud ölteni. Ezek az úgynevezett kis sűrűségű (low density amorphous, LDA) és a nagy sűrűségű (high density amorphous, HDA) fázisok, amelyek szabálytalanul rendeződött atomokkal rendelkező szilárd testek.

Thomas Lörting, az Innsbrucki Egyetem fizikai kémiai intézete munkatársának kutatócsoportja 2013-ban kísérletekkel igazolta, hogy mindkét amorf test esetében "alacsony hőmérsékleten végbemegy egy átmenet, amelynek során

az amorf, üvegszerű anyag a méznél is sűrűbb folyású folyadékká válik".

A jelenséget már 1992-ben megjósolták.

Kimutatták, hogy mínusz 150 Celsius-fokos hőmérséklet körül a molekulák viszonylag gyorsan kezdenek mozogni.

A kutatók szerint ehhez hasonló jelenség nem ismert ilyen alacsony hőmérsékleten.

A hagyományos módszerekkel nem találták a választ arra a kérdésre, hogy a molekulák egyszerűen meghatározott helyen forognak, vagy valóban elmozdulnak, ahogyan az egy valódi folyadékban történne.

Az amerikai tudományos akadémia lapjában (PNAS) bemutatott tanulmány szerint a nemzetközi kutatócsoport ezúttal új módszerrel közelített a kérdéshez. A hamburgi DESY kutatóközpontban kisszögű röntgensugárzás segítségével rögzítették az erősen lehűtött vízmolekuláinak mozgását.

Az előállított HDA-mintákat különböző hőmérsékleteken sugározták be: mínusz 200 Celsius-fokon alig volt érzékelhető mozgás a struktúrában, mínusz 163 Celsius-fokon azonban már igen.

"Az adatok elemzése alapján egy molekula mozgásterét másodpercenként 50 nanonégyzetméterben határoztuk meg, ami egy molekula számára igen nagy felület. Ez egy sűrű folyadékra jellemző" - emelte ki Lörting.

Minél melegebb a víz, annál gyorsabbá válik a mozgás, és pontosan mínusz 140 Celsius-fokon "hirtelen teljesen megváltozik a minta. Az atomok átrendeződnek, a minta térfogata 25 százalékkal megnő, illetve sűrűsége 25 százalékkal csökken" - magyarázta a kutató. Ekkor következik be az átmenet a nagy sűrűségűből az alacsony sűrűségű állapotba. A tudósok emellett a kis sűrűségű állapotban felismerték azt is, hogy a molekulák vándorolnak, nem forognak.

"Számunkra

ez az első, szinte cáfolhatatlan bizonyítéka annak, hogy valóban létezik egy átmenet két különböző vízfolyadék között, amelyek sűrűségükben különböznek egymástól.

Ez már ismert két eltérő folyadék estében, mint például a víz és olaj kombinációjánál. De teljesen új, hogy ez pusztán a víz esetében is lehetséges" - emelte ki a tudós.

Hozzátette: "mivel ez olyan hihetetlenül hangzik, természetesen sokan kételkednek benne".