• РЕГИСТРАЦИЯ
Следим за выборами в США в нашем телеграмм. Присоединяйтесь

В изумруде нашли новое состояние воды

8 6008

Физики под руководством Александра Колесникова из американской Национальной лаборатории в Оук Ридж обнаружили в наноразмерных каналах кристаллов берилла (изумруд и аквамарин являются его подвидами) новое состояние воды. Как показали эксперименты и моделирование, молекулы H2O, запертые в берилле, за счет квантового туннелирования превращаются в «смазанные копии самих себя» и, например, теряют дипольный момент. Исследование опубликовано в Physical Review Letters, кратко о нем можно прочитать на сайте Американского физического общества.

Берилл, — минерал с химической формулой Be3Al2Si6O18 — образует очень тонкие и протяженные каналы, которые могут наполняться водой. В этих каналах существуют сужения, «камеры» диаметром в 0,5 и длиной в 0,9 нанометров, в которых может поместиться лишь одна молекула H2O.

Предыдущие наблюдения с помощью спектроскопии в терагерцовом диапазоне показали, что молекулы воды внутри берилловых нанокапилляров, возможно, участвуют в туннелировании, то есть могут «перепрыгивать» между разными квантовыми состояниями. Однако доказательств туннелирования и понимания его механизма в данном случае у физиков до сих пор не было.

В новой работе ученые наблюдали за поведением воды с помощью нейтронной спектроскопии и параллельно рассчитывали поведение молекул в кристаллах на компьютере, по методу ab initio (из первых принципов — то есть моделирование включало квантовые эффекты). В новой статье исследователи описывают, как им удалось не только предсказать появление пиков, точно соответствующих энергиям переходов между разными ориентациями одной молекулы воды, но и зафиксировать эти пики в эксперименте. Кроме того, физики увидели падение интенсивности пиков с ростом температуры — это является верным признаком туннелирования, так как его вероятность падает при нагревании, в отличие от вибрационных переходов.

Поведение воды в берилле, согласно собранным данным, выглядит следующим образом. Канал, внутри которого находится молекула, имеет шесть граней. Атом кислорода в в молекуле воды находится почти в центре канала, а пара водородов обращена к одной из шести стенок. С энергетической точки зрения ориентация на любую из шести стенок равновероятна, но вот провернуться внутри канала и перейти из одной ориентации в другую молекула воды не может — слишком узок канал, необходимо слишком много энергии.

Именно тут и проявляется эффект квантового туннелирования, следы которого физики ранее замечали в терагерцовых спектрах. Оказывается, молекула воды может поменять ориентацию с одной стенки на другую, не побывав в среднем положении, — она туннелирует из начальной в конечную точку поворота. Кроме того, поскольку все шесть положений эквивалентны, то туннелирование происходит между всеми положениями одинаково. Фактически, пара атомов водорода H2O размазываются в пространстве, образуя что-то вроде бублика плотности вокруг центра канала.

Такое странное поведение воды на микроуровне вызывает и макроскопические эффекты — у воды в берилле, например, пропадает дипольный момент. Обычно он вызывается тем, что водороды (которые заряжены частично положительно) смотрят в одну сторону, а атом кислорода (который заряжен частично отрицательно) — в другую. Однако в «берилловой воде» все водороды делокализованы и молекула не имеет положительно и отрицательно заряженных частей. Поскольку многие свойства воды (например, высокая энергия испарения и растворяющая способность) зависят напрямую от дипольного момента, такое состояние воды выглядит весьма необычно. Хоть его и невозможно перенести из каппиляров в раствор.

Ученые отмечают, что подобные состояния воды не обязательно привязаны именно к бериллу или минералам вообще. Они могут возникать при возникновении сильных стерических затрудней и в других материалах — например, внутри ионных каналов в белках или в мембранах.

Александр Ершов

 

 

Будущее - это технологии

    Трампам-пам-пам и все-все-все

    Пока не прёт Теперь, когда результаты выборов известны, можно и прикинуть, что будет дальше. Мало кто об этом написал вчера, но кроме того, что Трамп выиграл президентские выборы, «кра...

    Второй день подряд в европейских столицах царит настоящая паника
    • pretty
    • Вчера 10:58
    • В топе

    МАЛЕК  ДУДАКОВ Второй день подряд в европейских столицах царит настоящая паника. Для них победа Трампа опять стала неожиданностью, хотя в этот раз многие её предсказывали. В Германи...

    Ваш комментарий сохранен и будет опубликован сразу после вашей авторизации.

    0 новых комментариев

      JeDi 5 ноября 16:50

      Зонд Parker готовится к финальному пролету Венеры

      Уже завтра зонд Parker Solar Probe (PSP) выполнит свой последний маневр в окрестностях Венеры. Это позволит ему выйти на финальную орбиту и побить собственный рекорд, став самым близким к Солнцу космическим аппаратом за всю историю. PSP был запущен в 2018 году. Он предназначен для изучения верхнего слоя солнечной атмосферы, называемого короной, и происх...
      247
      JeDi 29 октября 19:02

      Фиаско Boeing — США столкнулись с проблемами, пытаясь заменить корабли России

      США столкнулись с проблемами при отказе от услуг России по доставке астронавтов в космос. Такими данными поделился американский журналист Томас Блэк. Некоторое время назад стало известно о том, что американская корпорация Boeing рассматривает возможность продажи своего бизнеса, связанного с полетами в космос. Окончательного решения пока принято не было, но така...
      891
      JeDi 29 октября 16:29

      Телескоп Roman обзавелся коронографом

      Специалисты космического центра им. Годдарда успешно установили коронограф на телескоп Roman. В будущем с помощью этой технологии астрономы смогут заняться поисками обитаемых миров у других звезд. Телескоп Roman станет одной из космических обсерваторий нового поколения, которые должны будут прийти на смену «Хабблу» и «Джеймсу Уэббу»....
      164
      JeDi 28 октября 16:55

      Смотрим на «Рассвет»: чем Россия может ответить на заявленные США «высокосекретные системы РЭБ»

      Автор Telegram-канала «Старше Эдды» прокомментировал заявление США о том, что в 2025 году они получат оружие для подавления спутников. «Космические силы США через СМИ объявили о планах начать развёртывание в следующем году новой высокосекретной системы радиоэлектронной борьбы. Meadowlands предназначена для подавления российских ...
      1159
      JeDi 26 октября 14:00

      Boeing признаёт поражение перед SpaceX и выходит из битвы за космос

      Согласно сенсационной статье в Wall Street Journal, опубликованной 25 октября, Boeing рассматривает возможность продажи всей своей космической отрасли. В последние месяцы компания испытывает особые трудности, и в четверг стало известно, что новое соглашение с главным профсоюзом компании не было достигнуто. Этого соглашения ожидали, поскольку сотрудники завода в...
      433
      JeDi 22 октября 11:02

      Американская стартап-компания предлагает помощь состоятельным парам в проверке эмбрионов на IQ

      Американский стартап взимает с богатых родителей плату за ‘скрининг эмбрионов на IQ’ Американская стартап-компания предлагает помощь состоятельным парам в проверке эмбрионов на IQ с помощью спорной технологии, которая поднимает вопросы об этике генетического усовершенствования. Согласно видеозаписям, сделанным под прикрытием, компания H...
      201
      JeDi 21 октября 20:47

      WSJ с тревогой пишет о проблемах гигантов Boeing и Intel

      Крупнейшие американские корпорации переживают не самые лучшие времена. Несмотря на наличие дешевых энергоносителей и в целом более благоприятную ситуацию, чем в Европе, отраслевые флагманы терпят убытки и движутся к краху. Речь идет о главной американской авиастроительной корпорации Boeing и производителе процессоров и другой высокотехнологичной продукции Intel...
      852
      JeDi 21 октября 19:39

      "Роскосмос" заявил о неопознанных объектах возле отключившегося спутника Intelsat 33e

      Госкорпорация "Роскосмос" сообщила, что накануне российские специалисты обнаружили возле отключившегося европейского телекоммуникационного спутника Intelsat-33e около 20 неопознанных космических объектов. Как отмечается в Телеграм-канале госкорпорации, по расчетам российских специалистов, эти объекты появились 19 октября, когда компания...
      2818
      JeDi 21 октября 10:57

      Китай собирается начать покорение мирового рынка со своим собственным процессором GodSon

      Китай, чьи товары и так буквально заполонили большинство мирового рынка, собирается вступить в новую нишу. На этот раз амбициозные планы Китая коснулись области, в которой основными игроками являются такие известные компании, как Intel, AMD и ARM, область центральных процессоров для компьютеров различного назначения. А причиной, позволившей китайцам строить такие,...
      1128
      JeDi 18 октября 16:26

      ESA выделило деньги на предварительную разработку миссии к Апофису

      Европейское космическое агентство (ESA) подписало контракт стоимостью 63 млн евро с компанией OHB Italia SpA. Эти деньги будут потрачены на предварительную подготовку миссии Ramses, целью которой станет астероид Апофис. 13 апреля 2029 года астероид 375-метровый астероид Апофис пролетит на расстоянии 32 тысяч км от Земли. Это ближе, чем орбиты геостационарны...
      278
      JeDi 14 октября 16:33

      Вулканическая экзолуна у газового гиганта

      На сегодняшний день астрономам не удалось подтвердить существование ни одной экзолуны (так называют спутники экзопланет). Это связано с тем, что они слишком малы и тусклы, чтобы их могли обнаружить современные телескопы. Тем не менее, экзолуны могут выдавать косвенные признаки. Одними из них являются вулканические выбросы. Вулканы Ио, самого геологически активного те...
      230
      JeDi 10 октября 20:04

      Дуров впервые рассказал о создании «ВКонтакте» и роли брата Николая

      Дуров рассказал, что первые недели создавал «ВКонтакте» в одиночку: кодил по 20 часов подряд, после чего съедал ведро макарон с сыром. Он поделился сделанным выводом: «Сложных задач в этом мире нет — есть лишь множество мелких» Основатель Telegram Павел Дуров, которому сегодня исполнилось 40 лет, в своем канале впервые рассказал, ...
      777
      JeDi 7 октября 20:55

      Ученые обнаружили «отрицательное» время

      Группа квантовых физиков из Канады обнаружила необычную возможность частиц света — фотонов. Оказалось, что они могут как бы «отматывать» время назад. Правда лишь в особых условиях — при прохождении через облако охлажденных атомов. Время — назад Проводя эксперименты, ученые получили странные результаты. Проходя через охлажденн...
      1395
      JeDi 7 октября 18:03

      Секреты водного мира. Что будет искать миссия Europa Clipper

      Уже в ближайшие дни должен состояться один из самых важных космических запусков 2024 года. Ракета Falcon Heavy отправит в космос аппарат Europa Clipper. Его целью станет Европа — спутник Юпитера, под ледяной поверхностью которого скрывается огромный океан. Для сайта журнала «Мир фантастики» я написал статью про эту миссию. Больше воды, чем ...
      618
      JeDi 6 октября 13:53

      Самое опасное излучение смартфона: чем вреден синий спектр

      Ученые Тюменского медицинского университета (ТМУ) выяснили, что воздействие синего света на глаза в позднее время суток не только негативно сказывается на зрении и сбивает циркадные ритмы человека, но и повышает вероятность ожирения. По результатам их исследования, опубликованного в Biology, излучение синей части спектра из любых источников света, включая экран...
      614
      JeDi 17 сентября 13:55

      Затраты на создание российского аналога Starlink оценили в 445 млрд рублей

      Разработкой низкоорбитальной спутниковой группировки занимается «Бюро 1440». 329,06 млрд рублей должна направить сама компания. 116 млрд рублей выделят из бюджета: 37,5 млрд в виде льготных кредитов на создание спутников, 17,3 млрд в форме субсидий на запуски ракет и ещё 61,2 млрд дадут на выведение спутников на низкую околоземную орбиту. К концу...
      472
      JeDi 9 сентября 21:53

      Ученые представили первые в мире ядерные часы

      От солнечных часов до атомных часов, приборы для измерения времени продолжают развиваться в направлении повышения точности. Недавно был совершен значительный прорыв в создании первых ядерных часов — прототипа, который обещает навсегда изменить не только сферу измерения времени, но и наше понимание физики. На протяжении десятилетий исследователи по всему м...
      1024
      JeDi 4 сентября 10:56

      Китай отстаёт в технологиях от тайваньской TSMC от силы на три года

      Китайская полупроводниковая промышленность быстро сокращает технологическое отставание от мирового лидера — тайваньской компании TSMC. По данным исследования японской компании TechanaLye, китайский производитель чипов Semiconductor Manufacturing International Corp (SMIC) находится на уровне технологий, который отстает от TSMC всего на три года, несмотря на в...
      606
      JeDi 2 сентября 19:41

      Из обреченного на гибель космического корабля Starliner доносятся загадочные звуки

      Новейший космический корабль Starliner от компании Boeing, на борту которого находились два космонавта, стартовал к Международной космической станции (МКС) 5 июня. Несмотря на то что перед запуском было известно о проблеме с утечкой гелия, запуск все равно состоялся. Сразу после старта утечка и другие технические неисправности дали о себе знать, и Starliner с труд...
      2542
      JeDi 12 августа 11:00

      Ford хочет запатентовать систему, автоматически сообщающую полиции о превышении скорости

      Компания Ford Motor Company подала патентную заявку на систему камер и датчиков, которые позволят автомобилям сообщать о превышении скорости другими машинами. Такая информация, как скорость и GPS-координаты, будет передаваться непосредственно в местную полицию, что облегчит правоохранительным органам наблюдение на дорогах. Это вызывает вопросы о конфиденциально...
      364
      Служба поддержи

      Яндекс.Метрика