科學家證實水有兩種液相

日本理化學(xue)研(yan)究所和(he)瑞典斯(si)德(de)哥爾摩大學(xue)的(de)(de)研(yan)究小組(zu)利用日本X射線自(zi)由電子(zi)激光設(she)施的(de)(de)激光器SACLA，成功捕捉到過冷狀態水（H2O）的(de)(de)結構，驗證了水存(cun)在液—液相(xiang)變的(de)(de)臨界點，并(bing)能(neng)在兩種液相(xiang)間轉變。

生命離不(bu)(bu)開水(shui)(shui)(shui)，但(dan)人們對(dui)水(shui)(shui)(shui)的理解尚(shang)不(bu)(bu)完善。水(shui)(shui)(shui)在溫度降(jiang)低時的密度、熱(re)容量(liang)、等(deng)溫壓縮率等(deng)熱(re)力學的特征變(bian)化與其他液體(ti)呈(cheng)相反狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)態(tai)，由此引發(fa)了對(dui)水(shui)(shui)(shui)的熱(re)力學特征的長(chang)期爭論(lun)，出現了各種(zhong)假說。其中一種(zhong)假說認為，液態(tai)水(shui)(shui)(shui)具有密度不(bu)(bu)同的兩個相（物態(tai)），并在兩個相之間搖(yao)擺。但(dan)是水(shui)(shui)(shui)在溫度下降(jiang)到接(jie)近0℃時（過冷狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)態(tai)），狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)態(tai)不(bu)(bu)穩，會(hui)很快(kuai)結冰，因此迄今為止(zhi)驗證該假說極為困難(nan)。

聯(lian)合研究小組利用(yong)SACLA對過冷狀(zhuang)態(tai)的(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)(shui)滴(di)進行照射，分析了(le)(le)水(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)結構。SACLA的(de)(de)(de)(de)脈沖寬度(du)為非常短的(de)(de)(de)(de)飛(fei)秒(miao)級，可以在(zai)冷卻水(shui)(shui)(shui)結冰之(zhi)前對各個時(shi)段的(de)(de)(de)(de)變(bian)化進行測量(liang)。研究小組獲(huo)得(de)了(le)(le)水(shui)(shui)(shui)在(zai)各種溫(wen)度(du)下的(de)(de)(de)(de)數據，通過分析被水(shui)(shui)(shui)滴(di)散(san)射的(de)(de)(de)(de)X射線得(de)到了(le)(le)水(shui)(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)結構，并調查了(le)(le)水(shui)(shui)(shui)冷卻時(shi)等(deng)溫(wen)壓(ya)縮率(lv)的(de)(de)(de)(de)上(shang)升情況。結果(guo)發現(xian)，等(deng)溫(wen)壓(ya)縮率(lv)在(zai)-44℃時(shi)為，低(di)于此溫(wen)度(du)時(shi)發生(sheng)反轉(zhuan)；把水(shui)(shui)(shui)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)氫原子（H）置換成重(zhong)氫原子（D）的(de)(de)(de)(de)重(zhong)水(shui)(shui)(shui)（D2O），等(deng)溫(wen)壓(ya)縮率(lv)溫(wen)度(du)為-40℃。這些(xie)發現(xian)表明，水(shui)(shui)(shui)存在(zai)液—液相變(bian)的(de)(de)(de)(de)臨(lin)界點，這種相轉(zhuan)移影響原子核的(de)(de)(de)(de)量(liang)子效(xiao)應(ying)。

該研究成果闡釋了水的(de)(de)固(gu)有熱力學形態的(de)(de)起源，相關論(lun)文(wen)已發表在《科(ke)學》雜(za)志(zhi)網絡版。