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透過用X射線雷射脈衝轟擊微小的水滴，科學家們首次窺見了超冷水在零下41攝氏度以下難以到達的“無人區”中的行為。理解低於其正常冰點0攝氏度的水一直是一個挑戰，因為它必須極其小心地處理才能保持液態。由此產生的見解可能有助於解決物理學家之間關於水的基本特性的爭論，包括它是否可以呈現出除固態、液態和氣態這三種標準狀態之外的第四種狀態。
水的特性與其他幾乎任何液體都不同，例如，它在凍結時會膨脹而不是收縮，而且隨著溫度降低，它會變得更加奇怪。事實上，斯坦福大學光子科學家安德斯·尼爾森（Anders Nilsson）說，水的怪異之處在地球上適合大多數生命生存的較溫暖溫度下就開始了，他是描述這種奇怪水的新論文的資深作者。“我們想進入過冷狀態，”他說，“因為在這種非常奇怪的行為中，一切都被放大了，我們需要理解這種奇怪行為的根源。”
物理學家以前也製造過超冷水，但從未達到如此低的溫度，也從未持續足夠長的時間來對其進行仔細研究。為了實現這一飛躍，尼爾森的團隊必須行動非常迅速。利用斯坦福大學的SLAC國家加速器實驗室，他們將微小的水滴（每個都像人的頭髮一樣寬）射入真空室，這些水滴開始以每秒約10萬攝氏度的速度蒸發並冷卻。然後，該團隊用X射線雷射的脈衝在中空中轟擊這些超冷液滴。當X射線穿過水時，它們會散射，從而描繪出水分子結構的詳細影像。整個過程每個液滴僅需幾毫秒，但這足以讓尼爾森的團隊在它們凝固成冰之前觀察到它們。該實驗的詳細資訊發表在6月19日的《自然》雜誌上（《大眾科學》是自然出版集團的一部分）。
這種超快的X射線技術代表了一項突破。“我認為這太棒了，”普林斯頓大學研究超冷水的教授巴勃羅·G·德貝內德蒂（Pablo G. Debenedetti）說，他與該專案無關。“他們能夠擴充套件可以研究液態水的溫度範圍。”以前的實驗能夠研究低至零下41攝氏度的液態水，但新的研究將這個極限推低至零下46攝氏度。希望擴充套件這個極限將有助於解決關於水在如此寒冷時的行為方式的爭論。
這場爭論是關於“臨界點”的存在：一個特定的溫度，低於該溫度，水將具有除通常的三種狀態（固態、液態和氣態）之外的另一種物質相。該理論認為，在臨界溫度以下，水將具有兩種不同的液態物質狀態，每種狀態都具有不同的物理特性，例如密度和可壓縮性。根據環境壓力，超冷水可能處於這兩種狀態中的任何一種。
到目前為止，精密的計算機模型是研究零下41攝氏度以下水的唯一方法，但它們不夠精確，無法準確預測真實水的行為。一些模型預測存在臨界點，而另一些模型則不預測。這項新技術尚未解決爭論，但它應該為研究人員提供所需的實驗火力，以一勞永逸地證明臨界點是否存在。
答案不僅會教會我們關於超冷水的知識。如果臨界點確實存在，它將解釋許多關於水在更普通條件下行為方式的知識。儘管室溫和壓力下的水以單一液態存在，但小分子簇可能會聚整合臨時結構，其行為類似於兩種超冷液態。“水實際上不知道它想成為什麼。它有點像在區域性地區在這兩者中的任何一箇中跳舞，”尼爾森說，“這就是為什麼根據該理論，水的行為如此怪異的原因。”