У воды обнаружили неизвестные квантово-механические свойства

На нанометровых расстояниях у воды появляются свойства, которые нельзя объяснить иначе, как с привлечением квантовой механики. Такой вывод был сделан учеными по итогам серии экспериментов. Статья исследователей пока не опубликована в рецензируемом научном журнале, но ее препринт доступен на сайте arXiv.org. Коротко о работе пишет портал Physics World.

Вода обладает рядом свойств, которые делают эту жидкость уникальной. В частности, H₂O обладает максимальной плотностью при температуре плюс четыре градуса Цельсия. Благодаря этой особенности земные водоемы замерзают не снизу вверх, а сверху вниз, и в них в холодное время года могут обитать живые существа. Многие необычные характеристики воды объясняются тем, что ее молекулы связаны между собой особым типом нековалентных связей, получившем название водородной связи. Такие связи образуются между атомом водорода, который связан с так называемым электроотрицательным атомом (в случае воды - с кислородом), и другим электроотрицательным атомом, находящимся в той же или соседней молекуле.

Авторы новой работы проверяли, насколько хорошо модель, описывающая свойства воды только с опорой на водородные связи (так называемая электростатическая модель), согласуется с данными экспериментов. Ученые отслеживали такой параметр как распределение протонов в молекулах воды по уровням кинетической энергии. Исследователи "загоняли" молекулы H₂O в углеродные нанотрубки диаметром 1,6 нанометра, и подвергали систему воздействию высокоэнергетичных нейтронов, которые производил источник ISIS из лаборатории Резерфорда-Эпплтона в Оксфордшире, Великобритания.

Из-за того, что нейтроны обладали очень высокой энергией, они успевали отразиться от встреченных на пути протонов до того, как последние успевали провзаимодействовать с окружающими их частицами. Таким образом, анализируя данные о рассеянии нейтронов после прохождения сквозь образец, ученые получали информацию о нативном распределении протонов по энергиям. Оказалось, что энергия сильно зависит от температуры: ее среднее значение было на 50 процентов больше предсказанного электростатической моделью при низких температурах, и на 20 процентов - при комнатной температуре. Внутри нанотрубок с диаметром 1,4 нанометра средняя энергия протонов оказалась на 30 процентов ниже, чем у воды, не помещенной в ограниченное пространство.

Также исследователи проверили, как будут распределяться по энергиям протоны в воде, помещенной в особый мембранный материал Nafion, который используется для производства топливных элементов. Ученые показали, что средняя энергия была на 30 процентов выше, чем у воды в "обычном" состоянии.

Авторы новой работы полагают, что, когда молекулы воды находятся на очень близком расстоянии друг от друга и "сдавлены" из-за маленького объема доступного пространства, протоны в них переходят в пока не описанное физиками квантовое состояние. Ученые отмечают, что квантово-механические свойства воды могут определять ее "поведение" в живых клетках, так как там расстояние между молекулами примерно соответствует тому расстоянию, на котором они находились в эксперименте.

Президентская премия молодым ученым вручена за воду на Луне

В Москве были объявлены лауреаты премии президента РФ для молодых ученых в области науки и инноваций. Соответствующий указ в понедельник подписал Дмитрий Медведев, уточняется в сообщении пресс-службы Кремля.

Обычно премия присуждается четырем специалистам, однако в этом году награду получили семь человек. В число лауреатов вошли сотрудники Института космических исследований РАН Максим Мокроусов и Антон Санин. Награду ученым принес разработанный ими нейтронный детектор ЛЕНД (LEND - Lunar Exploration Neutron Detector, или нейтронный детектор для исследования Луны), который был установлен на орбитальном зонде NASA LRO. Анализ данных, переданных российским детектором, позволил подтвердить гипотезу о существовании на Луне воды. Подробнее об этом можно прочитать тут.

Еще одним лауреатом стал сотрудник Математического института имени В.А.Стеклова РАН Николай Андреев. Он был удостоен премии за "высокие результаты в создании инновационных образовательных технологий, популяризации и распространении научных знаний" - это первый случай, когда президентская премия молодым ученым вручается за усилия по популяризации науки. Андреев является создателем так называемых математических этюдов - задач, которые наглядно объясняют смысл тех или иных понятий математики, а также ее приложений. Этюды в форме мультимедийных роликов выложены на специализированном сайте.

Также награду получил старший научный сотрудник Института ядерных исследований РАН Дмитрий Горбунов. Премия присуждена ему за "цикл работ в области физики элементарных частиц и фундаментальных проблем эволюции Вселенной".

Три человека удостоились награды за создание нового высокотемпературного композитного материала. "Этот композит превосходит зарубежные аналоги по рабочим температурам и термостойкости, обладает высокой прочностью и даже эффектом "самозалечивания" микродефектов", - рассказал представитель Всероссийского научно-исследовательского института авиационных материалов (ВИАМ). Его слова цитирует ИТАР-ТАСС. Созданный российскими учеными композит предполагается использовать при разработке перспективных силовых установок и гиперзвуковых летательных аппаратов. Премия за создание нового материала присуждена заместителю генерального директора ВИАМ Денису Гращенкову, начальнику сектора ВИАМ Наталье Уваровой, а также доценту Московской государственной академии тонкой химической технологии имени М.В.Ломоносова Елизавете Симоненко.

Премия президента РФ в области науки и инноваций для молодых ученых была учреждена 30 июля 2008 года (в этот день глава государства подписал соответствующий указ). Размер премии, вручаемой ежегодно, составляет 2,5 миллиона рублей.