Bằng chứng về sự tồn tại của hai hình thức chất lỏng của nước

Trong bài báo xuất bản trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences, ông đã mô tả một thực nghiệm thực hiện với trehalose, một loại đường, và những gì ôngcó được từ đó ¹.

Trong những năm 1970, một nhóm nghiên cứu ở trường đại học Boston đề xuất hai hình thức chất lỏng của nước – những lập luận của họ đủ thuyết phục nên nhiều nhà nghiên cứu đã thực hiện nhiều thí nghiệm để xác thực chúng. Sau đó trong năm 2014, Suzuki hợp tác với các đồng nghiệp ở Osamu Mishima, đã kiểm tra ý tưởng này bằng việc sử dụng một nhũ tương để phân tán những giọt nước nhỏ xíu khi nhiệt độ của một dung dịch thấp hơn mức nhiệt độ đóng băng. Các thực nghiệm cho thấy có những tín hiệu của một chuyển pha chất lỏng – chất lỏng nhưng không có bằng chứng trực tiếp. Trong các nỗ lực chứng minh này, họ sử dụng các dung dịch glycerol. Trong nghiên cứu mới, Suzuki đã thực hiện nhiều thí nghiệm tương tự nhưng lần này sử dụng trehalose cho chất hòa tan. Trehalose là một dạng đường được sản xuất tự nhiên như một hình thức chống đông đặc.

Thực nghiệm của Suzuki đã đặt áp suất lên chất hòa tan này một mức xấp xỉ 0,6 GPa và nhiệt độ thấp hơn 159 K. Sau đó ôngđã đặt lại mức áp suất này lên dung dịch và nhận thấy nó chuyển sang pha thủy tinh, vốn ngăn dung dịch này khỏi phân tách thành các pha chất tan và đá tinh khiết. Khi nhiệt độ được giảm xuống, mật độ của dung dịch tăng lên trước khi chuyển thành thủy tinh và lại suy giảm khi nhiệt độ tăng. Do đó, ôngđề xuất sự thay đổi về mật độ của dung dịch chứng tỏ chất lỏng tồn tại trong hai hình thức – và do dung dịch này chứa nước, thực nghiệm đã chứng tỏ nước có thể tồn tại ở hai hình thức.

Suzuki đề xuất sự thay đổi về mật độ là một ví dụ về một chuyển pha bậc một và nó cho thất nhiều chuyển pha lỏng phải bắt đầu với một hạt nhân mềm và sau đó gia tăng. Ông cũng đề xuất là chuyển pha trên thực tế xuất hiện để diễn ra bên trong một vòng trễ (hysteresis loop). Chiều rộng của vòng, ônglập luận, ‘nuôi lớn’ những hạt nhỏ hơn khi nhiệt độ gia tăng, và ngược lại – và có thể biến mất ở mức nhiệt độ là 170K – một điểm có thể tái hiện điểm chuyển pha. Ông cũng cho rằng cần nhiều thực nghiệm để chứng minh lý thuyết của mình nhưng vẫn tin tưởng lý thuyết mà mình đề ra đã chứng tỏ nước có hai hình thức chất lỏng.