新发现——隧道状态的水分子

材料牛注：ORNL的科学家们发现水分子可达到一个全新的隧道状态，这可能告诉科学家们更多关于水分子行为的信息。

科学家们发现了一种新的水分子状态，在极端的限制条件下，水分子会到达一个新的隧道状态。这揭示了极端限制条件下，例如处于岩石、土壤及细胞壁等环境中的水的新特性。新的研究成果离不开田纳西州的ORNL（橡树岭国家实验室）的散裂中子源以及英国的Rutherford Appleton Laboratory（卢瑟福阿普尔顿实验室）的实验帮助。

ORNL化工材料部门的Alexander Kolesnikov说：“低温下，该隧道状态的水通过分离潜在的墙而表现出量子运动，而这一行为在经典理论的世界中是不可能的。这表明水分子中的氧、氢原子是离域的，因此同一时间内它们在隧道中同时出现在六个对称等效位置。这是一个只发生在量子力学范畴的现象，并不能用我们日常的经验来解释。”

以前的研究表明了氢原子在其他系统中的隧道状态，而在这项最新研究中，研究人员观测到了氢原子的隧道状态。中子散射实验和计算化学实验表明，水分子是离域的环，因此水分子在这种隧道状态下变成双顶状。

水这种隧道状态的存在有助于科学家更好地描述高度密闭环境中水的热力学性质及行为，例如水在细胞膜通道中、碳纳米管中或沿晶界的扩散和运输行为。

这项新研究成果的合著者——ORNL的Lawrence Anovitz说：“这一发现象征着人们对于水的行为以及水利用能量的方式有了新的基本认识。在实验中我们看到蓝宝石或翡翠的戒指（宝石中蓝色和绿色的品种）中的水分子也在经历同样的隧道状态，这一现象十分有趣。”

研究结果揭示了关于这个隧道状态的更多信息，更具体地来说，它可以告诉研究人员水在特定环境中是如何反应。这在工程技术方面十分重要，同时也为更好地理解发生在这些极端位置的过程提供了帮助。

这项研究结果已发表在四月版的Physical Review Letters上。

原文参考地址：ORNL Scientists Discover An Entirely New Tunneling State Of Water Molecules

感谢材料人编辑部糯米提供素材，赵玲编译，李乐乐审核。