水是自然界中最丰富的但是最难理解的液体。它表现出许多奇怪的行为,科学家们仍然难以解释。虽然大多数液体的密度还会冷,水是最密集的39度,略高于冰点。
这就是为什么冰漂浮的冻结饮用玻璃杯和湖泊的表面,让海洋生物生存寒冷的冬天。水也有一个异常高的表面张力,使昆虫在其表面行走,和大容量存储的热量,保持海洋温度稳定。
现在,包括一个研究小组从能源部SLAC国家加速器实验室、斯坦福大学和瑞典斯德哥尔摩大学的第一次直接观察氢原子在水分子拖船,推动周边水分子与激光当他们感到兴奋。他们的研究结果发表在自然今天,揭示影响可以支撑的关键方面的微观起源水奇怪的属性和可能导致更好的理解水如何帮助蛋白质生物功能。
”虽然这所谓的核量子效应的核心假设是水的许多奇怪的属性,这个实验是这是第一次直接观测到的,“研究合作者安德斯尼尔森说,斯德哥尔摩大学的化学物理教授。“问题是如果这个量子效应可能是缺失的环节在理论模型描述水的异常属性。”
每个水分子包含一个氧原子和两个氢原子和一个带正电的氢原子之间的氢键网络在一个分子和带负电荷的氧原子在邻近分子持有它们放在一起。这个复杂的网络背后的驱动力是水的许多令人费解的属性,但直到最近,研究人员无法直接观察水分子与邻国。
“低质量的氢原子量子波动行为,突出了他们”合作者凯利加夫尼说斯坦福线性脉冲研究所的科学家。“这项研究首次直接证明了氢键网络的响应一个脉冲能量的关键取决于如何氢原子的量子力学性质是飘飘然的,一直被认为是负责水的独特属性和其氢键网络。”
爱你的邻居
直到现在,使这种观察具有挑战性因为氢键的动作是那么小,那么快。这个实验克服了这个问题,用线性的MeV-UED,高速电子相机,检测微妙的散射分子运动的一个强大的样品的电子束。
研究小组创建100纳米厚的液态水——细1000倍比人类头发的宽度,并设置水分子振动和红外激光。然后他们对分子从MeV-UED短脉冲高能电子。
这个生成高分辨率的快照分子的原子结构转变他们串在一起的定格动画电影的水分子网络如何回应光。
快照,关注组三个水分子,表明作为一个兴奋的水分子开始振动,其氢原子拖船氧原子从邻近的水分子接近之前把他们新发现的力量,扩大分子之间的空间。
”在很长一段时间里,研究人员一直在试图了解氢键网络利用光谱技术,”前SLAC科学家杰杨说现在中国的清华大学教授,他领导了这一研究。”这个实验的美妙之处在于,第一次我们能够直接观察到这些分子如何移动。”
一个窗口在水上
研究人员希望利用这种方法来获得更多的洞察氢键的量子本质和他们在水里奇怪的属性,扮演的角色,以及这些属性扮演着关键的角色在许多化学和生物过程。
“这确实打开一个新窗口,研究水,”线性Xijie Wang说,杰出的科学家和研究合作者。“现在,我们终于可以看到氢键移动,我们想把这些动作与更广泛的图片,可以揭示水如何导致了地球上生命的起源和生存并告知开发可再生能源的方法。”
MeV-UED是拼箱的用户的仪器设备,由线性代表美国能源部科学办公室资助这个研究。欧洲杯线上买球
