物理學家迫使水分子進入一個怪異的新物質形態

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物理學家戲弄水分子進入一個新形態,一個有些非常獨特的量子力學特性。

大擁擠

絕大部分在地球上的水以三種變化出現,固態冰、氣態蒸汽、以及(每個人的喜愛)液態形式。我們自始至終都知道這三種變化。

但現在,物理學家就是愛把看上去很清楚明白的事情攪亂,並且打亂每天都存在的我們所抱持的見解, 弄出另一個好玩的東西:一個嶄新的水的形態。

它涉及在量子層次運行的物理觀點。到如今,差不多每一個人都了解什麼是走到量子層次:事情變得真的怪異。它意味著不管你知道什麼、不管你認為你知道什麼、不管你認為你以為你知道什麼… 好吧!就把它忘了。

不行

涉入這項工作的不敬的物理學家和重新定義範例的物理學家來自橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory)。在那裏他們成功地迫使個別的水分子通過只有5埃(angstrom)寬的綠寶石通道,一埃大約是一米的一百億分之一。做個比較,原子通常是一埃寬。

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image-3圖解一個水分子在它的”隧穿(tunneling)”形式: A. I. Kolesnikov et al.

量子怪異

那是在事情變得有一點奇怪時。當水分子挖掘通道穿過六角形形狀的綠寶石通道,它們呈現出一個不尋常的組織。對比於典型的非對稱排列,氧原子移動到質心(center of mass),氧原子通常是集中在氫原子。

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氫原子,在有一點違反直覺的量子戲法,假設在同一時間的六個不同的對稱結構,符合六角形形狀的通道牆。當它們同時循環通過這些結構時,分子的溫度會增加。此外,新的對稱排列導致分子損失它的”電偶極矩(electric dipole moment)”。換句話說,分子在本質上變成電中性,並且損失它的衝力去結合其他原子和分子。

它是怪異的以及令人毛骨悚然的,一點也不像很快就會被了解。事實上,沒有人真正知道對這個發現該怎麼辦。

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首席研究員Alexander Kolesnikov以對應於智慧的困惑的聳肩說:「它是那些現象之一,只發生在量子力學,而且無法與我們日常經驗相比擬。」

對研究可能有一些實質含意。然而,這個獨特的結構被期待在某種情況下出現在自然世界,包括在生物的細胞壁。

來源: Futurism