Впервые зафиксирован загадочный эффект воды

Каждая молекула воды содержит один атом кислорода и два атома водорода, а сеть водородных связей между положительно заряженными атомами водорода в одной молекуле и отрицательно заряженными атомами кислорода в соседних молекулах удерживает молекулы вместе. Сеть водородных связей определяет загадочные свойства воды, но до недавнего времени исследователи не могли непосредственно наблюдать эффекты, возникающие при взаимодействии молекул воды со своими соседями, на атомном уровне.

Новое исследование впервые непосредственно демонстрирует, что реакция сети водородных связей на импульс энергии критически зависит от квантово-механической природы того, как атомы водорода распределены в пространстве. Проблема была решена с помощью SLAC MeV-UED, высокоскоростной «электронной камеры», которая фиксирует малозаметные движения молекул через рассеивания мощного пучка электронов от образца.

Ученые создали струи жидкой воды толщиной 100 нанометров и заставили молекулы вибрировать с помощью инфракрасного лазерного света. Затем они направили на молекулы короткие импульсы высокоэнергетических электронов. В результате были получены снимки змеиной атомной структуры молекул с высоким разрешением. Оказалось, что когда возбужденная молекула воды начинает вибрировать, ее атом водорода притягивает атомы кислорода соседних молекул воды ближе, прежде чем оттолкнуть их с новообретенной силой, расширяя пространство между молекулами.