En sondant l’eau surfondue avec des lasers ultrarapides avant qu’elle ne cristallise, des physiciens de l’Université de Stockholm ont observé des signes révélateurs d’une transition longtemps théorisée entre deux états liquides, notamment une augmentation de la capacité thermique et des fluctuations critiques.
« Ce qui était spécial, c’est que nous avons pu effectuer des radiographies à une vitesse inimaginable avant que la glace ne gèle et observer comment la transition liquide-liquide disparaît et qu’un nouvel état critique apparaît », a déclaré le professeur Anders Nilsson de l’Université de Stockholm.
« Pendant des décennies, il y a eu des spéculations et différentes théories pour expliquer ces propriétés remarquables, l’une d’elles étant l’existence d’un point critique. Nous avons maintenant découvert qu’un tel point existe. »
À l’aide de lasers à rayons X, le professeur Nilsson et ses collègues ont pu déterminer l’existence d’un point critique dans l’eau surfondue à environ 210 K (moins 63 degrés Celsius ou moins 81 degrés Fahrenheit) et 1 000 atmosphères.
« L’eau est unique, car elle peut exister sous deux phases macroscopiques liquides qui ont des manières différentes de lier les molécules d’eau entre elles à basse température et à haute pression », ont-ils expliqué.
« Lorsque la température augmente et la pression diminue, il existe un état dans lequel la distinction entre les deux phases liquides disparaît et une seule phase est présente. »
« C’est un point de grande instabilité, provoquant des fluctuations dans une large zone de température et de pression jusqu’aux conditions ambiantes. »
« L’eau oscille entre les deux états liquides et les mélanges des deux comme si elle n’arrivait pas à se décider. Ce sont ces fluctuations qui confèrent à l’eau ses propriétés inhabituelles. »
« L’état au-delà d’un point critique est appelé supercritique et l’eau ambiante est dans cet état. »
Une autre découverte remarquable de l’étude est que la dynamique du système ralentit à mesure qu’il entre dans le point critique.
« Il semble presque que vous ne pouvez pas échapper au point critique si vous y entrez, presque comme un trou noir », a déclaré le Dr Robin Tyburski de l’Université de Stockholm.
« Il est étonnant de voir comment les glaces amorphes, un état de l’eau si étudié, sont devenues notre entrée dans cette région critique », a déclaré le Dr Aigerim Karina, chercheur postdoctoral à l’Université de Stockholm.
« C’est une grande source d’inspiration pour mes études ultérieures et un rappel des possibilités de faire des découvertes dans des domaines très étudiés comme l’eau. »
« C’était un rêve devenu réalité de pouvoir mesurer l’eau dans des conditions de température aussi basse sans geler », a déclaré Iason Andronis, titulaire d’un doctorat. étudiant à l’Université de Stockholm.
« Beaucoup ont rêvé de trouver ce point critique mais les moyens n’étaient pas disponibles avant le développement des lasers à rayons X. »
« Je trouve très excitant que l’eau soit le seul liquide supercritique dans des conditions ambiantes où la vie existe et nous savons également qu’il n’y a pas de vie sans eau », a déclaré le Dr Fivos Perakis de l’Université de Stockholm.
« Est-ce une pure coïncidence ou y a-t-il des connaissances essentielles que nous pourrions acquérir à l’avenir ?
« Il y a eu un débat intense sur l’origine des propriétés étranges de l’eau depuis plus d’un siècle, depuis les premiers travaux de Wolfgang Röntgen », a déclaré le professeur Nilsson.
« Les chercheurs qui étudient la physique de l’eau peuvent désormais se contenter du modèle selon lequel l’eau présente un point critique dans le régime de surfusion. »
« La prochaine étape consiste à déterminer les implications de ces découvertes sur l’importance de l’eau dans les processus physiques, chimiques, biologiques, géologiques et climatiques. Un grand défi pour les prochaines années. »
Les résultats ont été publiés le 26 mars dans la revue Science.
