Een nieuw type ‘faseovergang’ in water werd 30 jaar geleden voor het eerst voorgesteld in een onderzoek door wetenschappers van de Universiteit van Boston.
Echter, experimentele bevestiging van deze hypotheseis nog niet gelukt, omdat de overgang moet plaatsvinden bij temperaturen waarbij water onder normale omstandigheden in ijs verandert. In een paper gepubliceerd in het tijdschrift Nature Physics leveren onderzoekers van de Universiteit van Birmingham en de Sapienza Universiteit in Rome bewijs voor het bestaan van "dicht water".
Natuurkundigen hebben computersimulaties gebruikt,om uit te leggen welke kenmerken de twee vloeistoffen op microscopisch niveau onderscheiden. Ze ontdekten dat watermoleculen in een vloeistof met hoge dichtheid structuren vormen die als "topologisch complex" worden beschouwd, zoals de klaverknoop (vergelijkbaar met een krakeling) of de Hopf-schakel (vergelijkbaar met kettingschakels). Daarentegen vormen de moleculen in een vloeistof met een lage dichtheid meestal eenvoudige ringen, en daarom zijn de moleculen in een vloeistof met een lage dichtheid niet verstrengeld.
Computermodel van de toestand van water met hoge dichtheid. Afbeelding: Andreas Neophytou et al., Natuurfysica
De onderzoekers gebruikten in hun simulatiescolloïdale en moleculaire modellen van water. Colloïden zijn deeltjes die duizend keer groter kunnen zijn dan een enkel watermolecuul. Vanwege hun relatief grotere omvang en daarom langzamere beweging, worden colloïden gebruikt om fysieke verschijnselen te observeren en te verklaren die ook op veel kleinere atomaire en moleculaire schaal voorkomen.
In dit artikel bieden we voor het eerst een blik opvloeistof-vloeistof faseovergang gebaseerd op de ideeën van netwerkverstrengeling. Ik ben er zeker van dat dit werk nieuwe theoretische modellering op basis van topologische concepten zal inspireren.
Francesco Sciortino, professor aan de Sapienza University en co-auteur van de studie
Onderzoekers geloven dat ze zich hebben ontwikkeldmodel zal helpen bij het ontwerpen van de experimentele omstandigheden om de faseovergang in de vloeistof te bevestigen. Bovendien zijn ze van mening dat vergelijkbare toestanden kunnen worden waargenomen in andere stoffen, zoals silicium.
Lees verder:
Record coronale massa-ejectie bij Betelgeuze is 400 miljard keer groter dan de zon
Megalodon at tegelijk een dier ter grootte van een orka
Everest vond sporen van DNA die er niet zouden moeten zijn