На нанометрових відстанях у води з'являються властивості, які не можна пояснити інакше, як із застосуванням квантової механіки. Такий висновок був зроблений вченими за підсумками серії експериментів. Стаття дослідників поки не опублікована в науковому журналі, але її препринт доступний на сайті arXiv.org. Коротко про роботу пише портал Physics World.

Вода володіє рядом властивостей, які роблять цю рідину унікальною. Зокрема, H₂O має максимальну густину при температурі +4 градуси Цельсія. Завдяки цій особливості земні водойми замерзають не знизу вгору, а зверху донизу, і в них у холодну пору року можуть жити живі істоти. Багато незвичайних характеристик води пояснюються тим, що її молекули зв'язані між собою особливим типом нековалентних зв'язків, що отримали назву водневого зв'язку. Такі зв'язки утворюються між атомом водню, що пов'язаний з так званим електронегативним атомом (у випадку води - з киснем), і іншим електронегативним атомом, що перебуває в тій же або сусідній молекулі.

Автори нової роботи перевіряли, наскільки добре модель, що описує властивості води тільки з опорою на водневі зв'язки (так звана електростатична модель), узгодиться з даними експериментів. Вчені відслідковували такий параметр як розподіл протонів у молекулах води по рівнях кінетичної енергії. Дослідники "заганяли" молекули H₂O у вуглецеві нанотрубки діаметром 1,6 нанометра, і піддавали систему впливу високоенергетичних нейтронів, які виробляло джерело ISIS із лабораторії Резерфорда-Еплтона в Оксфордширі, Великобританія.

Внаслідок того, що нейтрони мали дуже високу енергію, вони встигали відбитися від зустрінутих на шляху протонів до того, як останні встигали провзаємодіяти із оточуючими частинками. Таким чином, аналізуючи дані про розсіювання нейтронів після проходження крізь зразок, вчені одержували інформацію про нативний розподіл протонів по енергіях. Виявилося, що енергія сильно залежить від температури: її середнє значення було на 50 відсотків більше передбаченого електростатичною моделлю при низьких температурах, і на 20 відсотків - при кімнатній температурі. Всередині нанотрубок з діаметром 1,4 нанометри середня енергія протонів виявилася на 30 відсотків нижчою, ніж у води, не поміщеної в обмежений простір.

Також дослідники перевірили, як будуть розподілятися по енергіях протони у воді, поміщеній в особливий мембранний матеріал Nafion, що використовується для виробництва паливних елементів. Вчені показали, що середня енергія була на 30 відсотків вищою, ніж у води в "звичайному" стані.

Автори нової роботи думають, що, коли молекули води перебувають на дуже близькій відстані одна від одної і "здавлені" внаслідок маленького об'єму доступного простору, протони в них переходять у поки не описаний фізиками квантовий стан. Вчені відзначають, що квантово-механічні властивості води можуть визначати її "поведінку" у живих клітинах, тому що там відстань між молекулами приблизно відповідає тій відстані, на якій вони перебували в експерименті.

За матеріалами: lenta.ru