吸引或排斥 超冷水的分子形成了在拓扑结构上截然不同的两种长链

令人眼花缭乱的美丽雪花表明，水在冰点下可形成惊人的形状。

在适当的压力下，H2O分子优雅的集体舞被超冷温度凝结成扭曲奇异的东西，为了不成为冰，它们几将自己打成结。

来自英国伯明翰大学和意大利罗马大学的研究人员检查了加压液态水中分子的行为。基于将水行为建模为颗粒悬浮液的新方法，他们确定了两种不同液态的关键特征；一个是“拓扑复杂态”，以类似于椒盐卷饼的形态缠结在一起(一种德国碱水面包、俗名扭结饼)；另一个以更低密度、更简单的环形式连接。

伯明翰大学化学家 Dwaipayan Chakrabarti 说：“这种水的胶体模型为分子水提供了放大镜，使我们能够解开关于两种液态的秘密。”

1990年代提出的理论暗示了当水过冷时可能发生的分子相互作用——冷却到低于其典型冰点的温度，又控制不失其凝固。

多年来，科学家们一直在推动 过冷水 的极限，最终设法在不结冰的情况下使其在-263℃下 保持混乱的液体形式。

就实验室中的进展而言，科学家们仍在努力弄清楚过冷液体的样子。

很明显，在临界点，水分子之间相互竞争的极性吸引力超过了震荡粒子的热力学扰动。没有空间把它们推入结晶形式，分子需要找到其它的舒适区。

当有众多因素起作用时，研究人员通常会尽量简化，并专注于最重要的变量。在这种情况下，将水的“团块”视为溶解在液体中的较大颗粒有助于建模。基于这种观点的计算机模型展示了水分子之间的微妙变化，以及大颗粒组成的形式，这些颗粒以更密集的形式聚在一起。

有趣的是，两种景观中分子相互作用的形状或拓扑结构看起来也完全不同，分子挤在一起时会在错综复杂的网络中纠缠在一起，分开时会以更简单的形式出现。

“在这项工作中，我们首次提出了基于网络纠缠态的液-液相变观点，”罗马大学的凝聚态物理学家 Francesco Sciortino 说，“我相信这项工作将激发基于拓扑概念的新颖理论。”

这个奇怪的纠缠粒子网络空间已经可以被我们探索了。它们与长链共价键分子有相似之处，但这种结是短暂的，随着液体环境的变化会迅速交换成员。

考虑到它们相互纠缠的相互作用，在高压、低温环境中发现的液态水的性质应该与我们理解的水完全不同。

无聊图

除了超冷水的拓扑行为，还有其他液体的拓扑行为值得关注，未来的突破会让我们深入了解极端或难以进入的环境中的材料活动，如遥远行星的深处。

这项研究发表在《自然·物理学》上。

https://www.sciencealert.com/water-can-separate-into-2-different-liquids-we-just-got-closer-to-knowing-why