Ученые раскрыли таинственные квантовые секреты воды

Впервые исследователи из EPFL напрямую наблюдали за молекулами, образующими водородные связи в жидкой воде, фиксируя электронные и ядерные квантовые эффекты, которые ранее были доступны только с помощью теоретического моделирования.

Ученые раскрыли таинственные квантовые секреты воды

Вода, символизирующая жизнь, объединяет молекулы H₂O в структуры с помощью водородных связей, чье поведение до сих пор оставалось загадкой. Эти связи возникают, когда водород и кислород соседних молекул обмениваются зарядом, образуя сложную трёхмерную сеть, ответственную за уникальные свойства воды.

В новом исследовании под руководством Сильви Рок из EPFL представлен метод коррелированной колебательной спектроскопии (CVS), который впервые позволяет учёным наблюдать поведение молекул воды в водородных сетях. Эта технология отличается от других тем, что способна различать молекулы, задействованные в водородных связях, от свободных молекул, тогда как традиционные методы фиксируют данные обо всех молекулах одновременно. По словам Рок, CVS помогает детально исследовать колебания, соответствующие движениям молекул вдоль водородных связей, что позволяет точно измерить распределение электронного заряда и оценить прочность каждой связи.

Для этих экспериментов учёные использовали фемтосекундные лазеры, генерирующие ультракороткие импульсы света, чтобы активировать в воде колебания, сопровождающиеся излучением видимого света. Так возникает рисунок рассеяния, показывающий пространственную организацию молекул, а цвет световых волн несёт информацию об их внутреннем движении. Перемещая детектор и настраивая поляризацию лазерного луча, исследователи смогли создать отдельные спектры для взаимодействующих и свободных молекул.

Учёные также исследовали роль pH в водородных связях, добавляя гидроксид-ионы и протоны, что меняло щелочность или кислотность воды. CVS помог определить, сколько заряда добавляют гидроксид-ионы (8%) и принимают протоны (4%), позволяя учёным впервые измерить эти значения. Это открытие объяснили с помощью симуляций, проведённых совместно с коллегами из Франции, Италии и Великобритании.

Метод CVS подтверждён теоретически и применим не только к воде, но и к другим растворам и материалам. «CVS — это мощный инструмент для молекулярных исследований любых растворов, включая электролиты, аминокислоты, ДНК и белки, а также других жидкостей и систем», — добавила Рок, подчеркнув перспективы метода для будущих открытий.

Читайте также

Сахар в красном мясе повышает риск диабета на 63%

Сахар в красном мясе повышает риск диабета на 63%

Ежедневное употребление черники может влиять на настроение

Ежедневное употребление черники может влиять на настроение

Гигантская кувшинка Victoria colombiana видна из космоса из-за размера листьев

Гигантская кувшинка Victoria colombiana видна из космоса из-за размера листьев

Учёные обнаружили, что мозг готовится к прикосновениям и изображениям ещё до их появления

Учёные обнаружили, что мозг готовится к прикосновениям и изображениям ещё до их появления

От високосной секунды хотят отказаться уже в 2027 году из-за угрозы компьютерных сбоев

От високосной секунды хотят отказаться уже в 2027 году из-за угрозы компьютерных сбоев

Неандерталец погиб 75 000 лет назад от удара копьем

Неандерталец погиб 75 000 лет назад от удара копьем

Зрачки человека расширяются в зависимости от его мыслей

Зрачки человека расширяются в зависимости от его мыслей

Логические игры помогают дошкольникам развивать самоконтроль

Логические игры помогают дошкольникам развивать самоконтроль

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Обзор iPhone 18 Pro Max: Apple A20 Pro, переменная диафрагма и лучшая автономность в истории серии

Обзор iPhone 18 Pro Max: Apple A20 Pro, переменная диафрагма и лучшая автономность в истории серии

Оптические иллюзии Парфенона оказались мифом

Оптические иллюзии Парфенона оказались мифом

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Учёные смоделировали ядерный взрыв против астероида: почти всё небесное тело удалось разрушить

Учёные смоделировали ядерный взрыв против астероида: почти всё небесное тело удалось разрушить

В MIT создали умную ткань, которая чувствует собственную форму и отслеживает движения человека

В MIT создали умную ткань, которая чувствует собственную форму и отслеживает движения человека

Фелисетт: единственная кошка, слетавшая в космос

Фелисетт: единственная кошка, слетавшая в космос

Японская MMX миссия вот-вот отправится к Марсу

Японская MMX миссия вот-вот отправится к Марсу