Фундаментальное переосмысление свойств воды
Коллектив исследователей из МФТИ, начавший работу в начале 2000-х годов для совершенствования компьютерного моделирования лекарств, совершил революционное открытие в понимании молекулярной динамики воды. Их новаторский подход привел к созданию векторной модели полярных жидкостей, которая не только ускоряет разработку фармацевтических препаратов, но и предсказывает удивительные явления.
Предсказание уникального перехода
Разработанная учеными модель указала на существование фазового перехода второго рода в переохлажденной жидкой воде. Этот переход в сегнетоэлектрическое состояние был прогнозирован в диапазоне 30-40°C. Как известно, возле температур переходов второго рода усиливаются флуктуации свойств вещества. Именно это объясняет аномалию плотности воды, достигающей максимума при 4°C.
Революция в понимании взаимодействий
Исследователи провели радикальный пересмотр роли диполь-дипольных сил между молекулами воды. Профессор МФТИ Леонид Меньшиков поясняет: "Ранее считалось, что это взаимодействие — короткодействующее. Подобные представления указывали на невозможность сегнетоэлектрического перехода в жидкой фазе. Мы доказали, что диполь-дипольные силы обладают дальнодействующим характером, аналогично кулоновским взаимодействиям в плазме".
Экспериментальное подтверждение
Теоретическое предсказание получило блестящее подтверждение в совместных экспериментах с Г.С. Бордонским и А.О. Орловым из РАН. Переход был зафиксирован при -38°C — в пределах прогнозируемого диапазона. Физики подтвердили открытие двумя независимыми методами: моделью "желе" и методом кольцевых диаграмм из физики плазмы, выведя формулы температурной зависимости перехода для растворов.
Контрольные эксперименты и перспективы
Для дальнейшей верификации предложен эксперимент с водно-ацетоновым раствором в нанопористом материале. Уникальные свойства ацетона и структура материала позволят наблюдать предсказанное снижение температуры перехода при росте концентрации. Учет дальнодействия откроет путь к созданию единой теории аномальных свойств воды, революционизирует компьютерное моделирование в биомедицине и приведет к разработке новых материалов и сенсоров.
Научная кооперация
В исследовании участвовали специалисты МФТИ, Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» и Института проблем механики имени А.Ю. Ишлинского РАН. Их совместная работа открывает новые горизонты в понимании самой важной жидкости на нашей планете.
Источник: naked-science.ru
