Khoa học tự nhiên

Nước được phát hiện tồn tại ở trạng thái thứ tư (06/05/2016)

Như chúng ta đã biết, nước tồn tại ở ba trạng thái: rắn, lỏng và khí. Tuy nhiên, trong một nghiên cứu mới đây được đăng tải trên tạp chí Physical Review Letters vào ngày 22/4/2016, các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge (ORNL) cho biết họ đã phát hiện trạng thái thứ tư của nước khi nó bị đặt dưới áp lực cao trong phạm vi không gian hẹp. Trạng thái mới mẻ và kỳ lạ này được đặt tên là: đường hầm (tunneling).

Nhóm nghiên cứu cho biết họ phát hiện ra sự tồn tại của nước trong những ống dẫn 6 cạnh siêu nhỏ trong khoáng vật beryl - dạng vật chất cấu thành nên những loại đá quý như ngọc lam và ngọc lục bảo. Những ống dẫn có kích thước siêu nhỏ với bề rộng chỉ khoảng 5 nguyên tử và hoạt động như những chiếc lồng chứa, mỗi lồng chứa một phân tử nước bên trong. Nhóm chuyên gia quan sát thấy trong không gian vô cùng chật hẹp này, các phân tử nước thể hiện một đặc tính thường chỉ quan sát thấy ở mức thấp hơn so với mức lượng tử, trạng thái này gọi là: đường hầm.

Về cơ bản, đường hầm lượng tử có nghĩa là hiệu ứng lượng tử mô tả sự dịch chuyển của một hạt, hay trong trường hợp này là một phân tử khi nó có thể vượt qua một rào cản và đến được cả hai phía của rào cản đó cùng một lúc hoặc có thể là một nơi nào bất kỳ ở giữa. Hãy tưởng tượng trường hợp khi bạn thả một quả bóng rơi xuống ngọn đồi thứ nhất và muốn làm cho nó lăn lên ngọn đồi thứ hai. Khi đó, ngọn đồi thứ hai sẽ được xem là rào cản và quả bóng sẽ không thể lăn lên đỉnh ngọn đồi kia nếu nó không được cung cấp năng lượng lớn hơn thế năng trên đỉnh đồi. Nếu ngọn đồi thứ hai cao hơn ngọn đồi thứ nhất thì quả bóng sẽ không thể lăn được lên đến đỉnh đồi thứ hai. Đây chính là quy luật của vật lý cổ điển. Vật lý lượng tử và khái niệm về đường hầm lượng tử có nghĩa là quả bóng có thể nhảy qua phía bên kia ngọn đồi một cách dễ dàng ngay cả khi vị trí trung bình của nó ở phía đồi bên này hoặc thậm chí có một xác suất nhất định trong việc tìm thấy quả bóng đang ở cả hai phía của ngọn đồi.

Trao đổi với Gizmag, nhà khoa học Alexander Kolesnikov - người đứng đầu nghiên cứu cho biết: "Trong vật lý cổ điển, nguyên tử không thể nhảy qua một rào cản nếu nó không được cung cấp đủ năng lượng để thực hiện việc này". Tuy nhiên, trong nghiên cứu này, cụ thể là trong trường hợp nước bị giữ trong ống dẫn beryl, các phân tử nước hoạt động theo định luật vật lý lượng tử, chứ không tuân theo quy luật vật lý cổ điển.

“Trong thí nghiệm, nguyên tử oxy và hydro trong phân tử nước bị dịch chuyển khỏi vị trí và ngay lập tức xuất hiện ở cả 6 vị trí đối xứng trong ống dẫn cùng một lúc. Đây là một trong những hiện tượng chỉ xảy ra trong cơ học lượng tử và trong đời sống thường ngày chưa có trường hợp nào tương tự xảy ra", Kolesnikov cho biết.

Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thực hiện thí nghiệm phân tán neutron và họ quan sát thấy các phân tử nước lan tỏa rộng thành hai gợn sóng. Ở trung tâm gợn sóng, nguyên tử hydro với kích thước chỉ bằng 1/3 so với phân tử nước cùng lúc chia theo 6 hướng khác nhau. "Đường hầm ở giữa các hướng này có thể hiẻu là nguyên tử hydro không đứng yên một chỗ mà dịch chuyển và tỏa ra theo dạng vòng tròn”.

"Phát hiện này đem đến một nhận thức cơ bản về hoạt động của phân tử nước cũng như cách thức nước sử dụng năng lượng của mình”, đồng tác giả nghiên cứu Lawrence Anovitz cho biết. "Thật thú vị khi hình dung ra hình ảnh các phân tử nước bên trong một chiếc nhẫn bằng đá Aquamarine hay ngọc lục bảo, khi đó, sắc xanh biển và xanh lá cây của berin đang cùng chui qua bên trong một đường hầm lượng tử, hiện tượng này cũng tương tự như những gì chúng tôi đã chứng minh trong nghiên cứu của mình”.

Nhóm chuyên gia của ORNL tuy đã khám phá ra dạng trạng thái mới lạ của nước nhưng họ vẫn chưa xác định được chính xác nguồn gốc và chức năng hoạt động của nó. Anovitz nhấn mạnh trong tương lai gần các nhà khoa học sẽ dựa trên nghiên cứu này để tập trung nghiên cứu sâu hơn về cơ chế dẫn đến hiện tượng.

Kolesnikov cho biết thêm rằng phát hiện mới có thể được chứng minh ở bất cứ đâu nơi nước được tìm thấy tồn tại trong không gian cực nhỏ và hẹp, như ở màng tế bào hoặc bên trong các ống nano carbon.

Nguồn: vista.gov.vn