JAV ir Švedijos mokslininkų komanda pirmą kartą tiesiogiai stebėjo, kaip vandens molekulių sužadinti vandenilio atomai traukia ir stumia savo kaimynus. Jų tyrimo rezultatai padės fizikams atskleisti keistų vandens savybių prigimtį ir suprasti, kaip vanduo padeda veikti baltymams gyvuose organizmuose.
Asociatyvi „Pixabay“ nuotr.
Įprastas vanduo turi daug neįprastų savybių, kurių mokslininkai kol kas negali paaiškinti. Nors dauguma skysčių vėsdami tankėja, vanduo taip elgiasi tik kol pasiekia 4 °C – tokios temperatūros vanduo tankiausias. Toliau šaldomas, jis vėl plečiasi, lengvėja ir kyla į paviršių – todėl pirmiau užšąla tvenkinių paviršius. Taip vandens neįprastai didelis paviršiaus įtempimas, dėl to kai kurie vabzdžiai gali vaikščioti jo paviršiumi; specifinė vandens šiluma – itin didelė.
Iš mokyklinio kurso prisimename, kad vandens molekulę sudaro du vandenilio atomai ir vienas deguonies atomas – H₂O. Drauge vandens molekules laiko vandeniliniai ryšiai tarp teigiamai įelektrintų vienos molekulės vandenilių ir neigiamai įelektrintų gretimų molekulių deguonies atomų. Daug vandens savybių lemia būtent šie painūs santykiai, tačiau dar neseniai mokslininkai negalėjo tiesiogiai stebėti vandens molekulių tarpusavio sąveikos.
Tokius stebėjimus apsunkino labai nedideli vandens molekulių matmenys ir didelis vandenilinių ryšių judėjimo greitis. Nacionalinės greitintuvų laboratorijos SLAC, Stanfordo universiteto ir Stokholmo universiteto mokslininkai sugebėjo įveikti šią kliūtį, pasitelkę elektroninę kamerą MEV-UED, kuria menkiausius molekulių judesius galima užfiskuoti galingais elektronų srautais.
Mokslininakai sukūrė 100 nm storio vandens sroves ir vertė jas vibruoti infraraudonuoju lazerio spinduliu. Paskui jie į vandens molekules nukreipdavo trumpus aukštos energijos elektronų impulsus MEV-UED, rašo „Stanford News“.
Gautas momentines atominės struktūros nuotraukas jie sujungė į video, pasakojantį, kaip vandens molekulės reaguoja į šviesą. Iš trijų molekulių stebėjimo matosi, kad joms pradėjus vibruoti, vandenilio atomai pritraukia gretimų vandens molekulių deguonies atomus, o paskui atstumia nauja jėga, išplėsdamos erdvę tarp molekulių.
Mokslininkai tikisi panaudoti šį metodą, tirdami kvantinę vandenilinių rūšių prigimtį ir jų svarbą dar neištirtoms vandens savybėse, svarbioms daugeliui cheminių ir biologinių procesų.
2019 metais fizikų komanda iš Austrijos pirmą kartą stebėjo kvantinę 15 aminorūgščių grandinėlė interferenciją. Jų tyrimas paklojo kvantinių biologinių molekulių, fermentų, DNR ir, gali būti, netgi tokių paprasčiausių gyvybės formų, kaip virusai, tyrimo pagrindus.
