日本理化學研究所和瑞典斯德哥爾摩大學一個聯合研究小組利用日本的X射線自由電子激光設施的激光器SACLA，成功捕捉到過冷狀態水（H2O）的結構，驗證了水存在液—液相變的臨界點，并能在兩個液相間轉變。
生命離不開水，但人們對水的理解尚不完善。例如水在溫度降低時的密度、熱容量、等溫壓縮率等熱力學的特征變化與其他液體呈相反狀態，由此引發了對水的熱力學特征的長期爭論，出現了各種假說。其中一種假說認為，液態水具有密度不同的兩個相（物態），并在兩個相之間搖擺。但是水在溫度下降到接近0℃時（過冷狀態），狀態不穩，會很快結冰，因此迄今為止驗證該假說極為困難。
研究小組利用SACLA對過冷狀態的水滴進行照射，分析了水的結構。SACLA的脈沖寬度為非常短的飛秒級，可以在冷卻的水結冰之前對各個時段的變化進行測量。研究小組對水在各種溫度下的數據進行分析，通過分析被水滴散射的X射線得到了水的結構，并調查水冷卻時等溫壓縮率的上升。結果發現，等溫壓縮率在－44℃時為最大，在此溫度下發生反轉。同時發現把水中的氫原子（H）置換成重氫原子（D）的重水（D2O）時等溫壓縮率溫度為－40℃。這些發現顯示水存在“液—液相變的臨界點”，這種相轉移影響原子核的量子效應。
該研究成果闡釋了水的固有熱力學形態的起源，相關論文已發表在《科學》雜志網絡版。
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