Хмара утворилася в результаті кристалізації льоду із переохолоджених крапель води. / Ян Джейкобс/flickr
Команда фізиків з Німеччини, Франції, Іспанії та Італії вперше досягла успіху в переохолодженні мікрокапель води до -42,55 ° C, на один градус менше попереднього рекорду. Для охолодження вони використовували метод швидкого вакуумного випаровування і визначали температуру за даними розсіювання світла, виходячи з розміру краплі, повідомляють вчені в Фізичні оглядові листи.
На сьогоднішній день найнижча температура, при якій мікрокапельки могли підтримувати рідкий стан, і яку можна було точно виміряти, становила приблизно -41 ° С. З іншого боку, згідно з теоретичним аналізом та комп'ютерним моделюванням, відомо, що мінімальна температура, при якій вода може утримуватися в метастабільному рідкому стані, становить приблизно -45 ° C, нижче якої холодний стан нестійкий.
Група, очолювана Робертом Е. Гризенті з Університету Гете у Франкфурті (Німеччина), запропонувала використовувати метод швидкого випаровування у вакуумі для переохолодження мікрокапель води. Основним недоліком цього методу є те, що при такому рівні охолодження важко точно визначити температуру. Для вирішення цієї проблеми автори запропонували використовувати метод комбінованого розсіювання. Вимірюючи зсув раманівського піку за частотою, можна з дуже хорошою точністю визначити розподіл крапель, обчислюючи втрату ваги під час і після випаровування. Точність цього методу, на думку вчених, становить приблизно 0,5ºС.
Дані про зміну розміру (зверху) і температури (знизу) краплі під час швидкого випаровування у вакуумі. Символи праворуч відповідають краплям, у яких розпочалась кристалізація льоду. / Клаудія Гой та інші/Physical Review Letters, 2018
Використовуючи такий підхід, вчені змогли охолодити мікрокапельки до приблизно 6,3 мкм. Вчені стверджують, що запропонований спосіб дозволяє охолоджувати більші краплі при досить низьких температурах. Крім того, метод раманівського розсіювання з розміром крапель дозволяє контролювати стан кисню та водню в молекулах, а також водневі зв’язки між молекулами. З огляду на отримані дані, в майбутньому вчені сподіваються отримати інформацію про зміну структури водневих сполук у воді при охолодженні до критично низьких температур. На думку авторів дослідження, результати роботи допоможуть більш детально вивчити процеси, що відбуваються під час кристалізації льоду в атмосфері, та побудувати більш надійні кліматичні моделі.
У середині 2017 року вчені зі Стокгольмського університету виявили дві рідкі фази води з великими відмінностями в структурі та щільності завдяки експериментальним дослідженням з рентгенівськими променями.
Олександр Дубов
Текст переклала Марія Сервантес
Якщо вам сподобалась ця новина, дізнайтеся більше через наші канали Facebook та Twitter.