Գիտնականներն առաջին անգամ անմիջականորեն դիտարկել են, թե ինչպես է ջուրը սառեցման ընթացքում անցնում ոչ թե սովորական սառույցի, այլ ապականման նման ամորֆ վիճակի։ Ի տարբերություն սառույցի, որտեղ մոլեկուլները դասավորվում են կանոնավոր բյուրեղային կառուցվածքի մեջ, ամորֆ վիճակում դրանք մնում են անկանոն դասավորված։ Հետազոտությունը ցույց է տվել, որ նման անցումը տեղի չի ունենում մեկ հստակ կետում, այլ ձգվում է ջերմաստիճանների մի ամբողջ միջակայքի վրա։

Պարզվեց, որ ջուրը «փակված» է մոլեկուլների միջև

Հետազոտությունն իրականացրել է Ռաֆայելե Մեձենգիի ղեկավարած խումբը Ցյուրիխի Շվեյցարական բարձրագույն տեխնիկական դպրոցից՝ Ավստրալիայի միջուկային գիտության և տեխնոլոգիաների կազմակերպության հետ համատեղ։ Արդյունքները հրապարակվել են Nature Communications ամսագրում։

Որպեսզի ջուրը չվերածվի սովորական բյուրեղային սառույցի, գիտնականները այն տեղադրել են չափազանց բարակ շերտերի մեջ՝ ընդամենը մի քանի նանոմետր հաստությամբ։ Ջուրը սեղմված էր ֆիտանտրիոլի մոլեկուլների միջև՝ ճարպային սպիրտի, որը պահպանում է կայունությունը ցածր ջերմաստիճաններում։

Նման պայմաններում ջրի մոլեկուլներին չի հաջողվել դասավորվել բյուրեղային կառուցվածքի մեջ։ Գիտնականները կարողացել են հետևել տեղի ունեցողին ռենտգենյան ճառագայթների ցրման և նեյտրոնային սպեկտրոսկոպիայի օգնությամբ։

«Ապակու» անցումը պարզվեց ձգված

Մոտավորապես −63-ից −20 աստիճան սառեցման դեպքում ջրի մոլեկուլների շարժումը աստիճանաբար դանդաղում էր։ Իսկ ամորֆ, ապականման նման վիճակին անցումը տեղի էր ունենում մոտավորապես −74-ից −64 աստիճանի միջակայքում։

Սա հենց աշխատանքի ամենահետաքրքիր արդյունքներից մեկն էր։ Հետազոտողները սպասում էին տեսնել ավելի հստակ անցում, սակայն ջուրը չէր վերածվում ամորֆ պինդ մարմնի որևէ մեկ ջերմաստիճանային կետում։ Գործընթացը ձգվում էր ջերմաստիճանների ամբողջ միջակայքով։

Միևնույն ժամանակ ամորֆ սառույցը հազվագյուտ լաբորատոր էկզոտիկա չէ։ Համարվում է, որ հենց այդ վիճակում ջուրը կարող է գոյություն ունենալ գիսաստղերում և միջաստղային տարածությունում։ Սակայն լաբորատորիայում անմիջականորեն դիտարկել, թե ինչպես է ջուրն անցնում այդ վիճակին, մինչ այժմ հաջողվել էր միայն սահմանափակ թվով փորձերում։

Ինչու է ջուրը երբեմն սառչում առանց բյուրեղների

Սովորական սառույցը ձևավորվում է, երբ ջրի մոլեկուլները դասավորվում են կանոնավոր բյուրեղային կառուցվածքի մեջ։ Նման գործընթացը կարող է փոխել կամ քայքայել շրջապատող նյութի կառուցվածքը։ Իսկ եթե բյուրեղները չեն ձևավորվում, ջուրը կարող է անցնել ամորֆ վիճակի՝ պահպանելով մոլեկուլների շատ ավելի անկանոն դասավորությունը։

Այդ պատճառով այս գործընթացի ըմբռնումը հետաքրքիր է ոչ միայն հիմնարար ֆիզիկայի համար։ Խոշոր բյուրեղների ձևավորումից զերծ վերահսկվող սառեցումը կարող է օգտակար լինել բջիջների և հյուսվածքների կրիոպահպանման, ինչպես նաև սննդամթերքի սառեցման տեխնոլոգիաների համար։ Նման խնդիրներ առաջանում են նաև դեղագործության մեջ, որտեղ որոշ դեղամիջոցներ և պատվաստանյութեր պետք է սառեցվեն՝ չթողնելով, որ կորցնեն իրենց հատկությունները։

Նոր արդյունքները թույլ են տալիս ավելի ճշգրիտ նկարագրել գերսառեցված ջրի վարքը և կարող են օգնել հասկանալ, թե ինչու է այն բնության մեջ երբեմն սառչում ամորֆ ձևով։ Հետազոտությունը նաև ցույց է տալիս, որ ջրի «ապակու» վերածվելը ավելի բարդ և երկարաձգված գործընթաց է, քան ենթադրվում էր նախկինում։