科技日報北京4月24日電 （記者劉霞）教科書告訴我們，水有三種狀態(tài)：氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)，但據(jù)美國能源部下屬的橡樹嶺國家實驗室（ORNL）官網(wǎng)消息，該實驗室科學(xué)家通過中子散射和計算機(jī)模擬，揭示了水分子在極端限制條件下的新行為——量子隧穿。研究人員表示，最新現(xiàn)象或許會引發(fā)諸多領(lǐng)域科學(xué)家的廣泛討論。研究發(fā)表在最新一期的《物理評論快報》上。

　　這項研究在ORNL的散裂中子源（SNS）和英國盧瑟?！ぐ⑵諣栴D實驗室（RAL）進(jìn)行，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了局限于綠寶石中直徑只有5埃（1埃等于百億分之一米）的超小六角形寬溝道內(nèi)水分子的新的隧穿狀態(tài)。

　　該研究領(lǐng)導(dǎo)者、ORNL化學(xué)和工程材料分部的亞歷山大·科列斯尼科夫說：“在低溫下，正在隧穿的水通過隔開的潛在墻，展示出量子運(yùn)動。這意味著，水分子中的氧原子和氫原子已‘不受位置限制’，因此能同時出現(xiàn)在溝道內(nèi)所有6個對稱的位置，這一現(xiàn)象僅僅發(fā)生在量子世界內(nèi)。”

　　研究合作者勞倫斯·阿布維奇指出，水存在量子隧穿狀態(tài)這一結(jié)論或許有助于科學(xué)家更好地描述高限制環(huán)境下的水的熱力學(xué)屬性和行為，比如水在分子膜溝道、在碳納米管內(nèi)、沿著晶粒邊界以及多種地理環(huán)境內(nèi)的礦物質(zhì)界面的擴(kuò)散和輸送行為等，會引發(fā)材料、生物、地理和計算機(jī)領(lǐng)域的科學(xué)家們的廣泛討論，他們或許希望能厘清這一現(xiàn)象背后的機(jī)制，并將其應(yīng)用于有關(guān)材料中。

　　阿布維奇表示：“這一發(fā)現(xiàn)代表了我們對水的行為以及水如何利用能量的新理解。有趣的是，可能我們會想，在藍(lán)寶石或翡翠戒指內(nèi)的水分子或許正經(jīng)歷最新實驗中發(fā)現(xiàn)的量子隧穿現(xiàn)象?！?/p>

　　阿布維奇還說，水展示出隧穿行為完全出乎意料。“直接從中子實驗獲得的水質(zhì)子的動能比液體或固體中的動能少30%，與現(xiàn)在被廣泛接受的基于其振動模式的能量模型完全不匹配”。由雷克華盛頓理工學(xué)院和華盛頓大學(xué)博塞爾校區(qū)的科學(xué)家進(jìn)行的原理模擬實驗表明，隧穿行為與綠寶石結(jié)構(gòu)的振動動力學(xué)有關(guān)。