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水是我們最熟悉的物質,有3種狀態——固態的冰、液態的水和氣態的水蒸氣。美國能源部橡樹嶺國家實驗室的科學家近日首次發現,水在極端條件下還會有另外的特殊狀態——量子隧穿態。

據英國《每日郵報》報道,科學家將水分子限制在翡翠中常見的綠柱石內。綠柱石含有超小的六邊形通道,通道直徑只有約5個原子直徑大。結果發現,當水分子進入這一狹窄通道時,會產生隧穿效應,氫原子和氧原子發生位置變化,變成和常態下完全不同的組合狀態。

負責研究的橡樹嶺國家實驗室化學和工程材料分部科學家亞歷山大.科列斯尼科夫解釋說:「在低溫下,發生隧穿的水分子表現出量子運動,可穿透周圍的隔牆。這是在經典力學中無法解釋的一種現象。這說明水分子中的氧原子和氫原子發生移位,同時出現在通道內的6個對稱位置。」他強調,這一現象僅發生在量子世界內,不是根據日常生活經驗能想像的情況。

研究結果提示科學家需要深入理解水分子在微觀狀態下的存在方式,如水分子怎樣穿過細胞膜、碳納米管及各種礦物質。橡樹嶺國家實驗室研究人員勞倫斯.阿布維奇說:「這個發現表示我們對水的行為及水利用能量的方式有新理解。想像一下,也許在你的藍寶石或翡翠戒指中,水分子正發生我們實驗中所見到的那種量子隧穿現象,這很有趣。」◇