O echipă de fizicieni a reușit să observe, pentru prima dată, procesul prin care apa se transformă într-o structură de tip sticlă în loc să formeze gheață obișnuită. Această formă bizară de apă, cu o structură moleculară amorfă, este întâlnită în norii stratosferici din regiunile polare și ajută anumite organisme să supraviețuiască temperaturilor extreme. Până acum, procesul de tranziție rămăsese ascuns tehnicii de observație din cauza vitezei de cristalizare a apei.
Pentru a depăși obstacolul cristalizării, cercetătorii au utilizat o metodă de captare a apei într-o matrice de fitantriol, un tip de alcool gras care rămâne fluid la temperaturi foarte scăzute. Această abordare a permis izolarea unor cantități minuscule de apă, de doar câteva molecule grosime, între straturi lipidice. Prin această metodă, echipa a putut monitoriza tranziția de la stare lichidă la cea sticloasă, evitând formarea cristalelor de gheață care blochează observația.
Studiul a fost realizat de o echipă de fizicieni condusă de Raffaele Mezzenga de la ETH Zurich, în colaborare cu specialiști de la ANSTO. Cercetătorii au folosit tehnici avansate de sondare atomică, inclusiv o linie de fascicul de împrăștiere a razelor X la unghiuri mici și mari. Această metodă a permis maparea structurii apei în matricea lipidică la diferite temperaturi, folosind un accelerator de particule pentru a genera raze X extrem de luminoase.
Rezultatele au surprins comunitatea științifică prin faptul că transformarea în sticlă apare într-un interval de temperatură mult mai larg decât se credea. Cercetătorii au detectat o încetinire a dinamicii apei între -63 și -20 de grade Celsius. Mai exact, o schimbare structurală statică are loc între -74 și -64 de grade Celsius, când apa devine blocată într-o stare solidă și dezorganizată, înainte de a începe să crape sub impactul temperaturilor extrem de scăzute.
În cadrul experimentului, au fost utilizate și două spectrometre, numite Emu și Pelican, pentru a detecta vibrațiile moleculare. Alice Klapproth, cercetător la ANSTO, a explicat că semnalul de neutroni este dominat de mișcările atomilor de hidrogen, ceea ce permite măsurarea selectivă a dinamicii apei chiar și în matrice complexe. Această abordare a permis explorarea dinamicii pe un interval de șase ordine de mărime, de la milionimi până la trilionimi de secundă.
Această descoperire are implicații directe pentru domeniul criogenicii și al proceselor de conservare a materialelor biologice. Înțelegerea modului în care apa se comportă la scară sub-nanometrică este esențială pentru tehnologii precum congelarea profundă a alimentelor sau crioprezervarea materialelor biologice. Studiul oferă noi perspective asupra fenomenelor fizice care implică apa criogenică aflată în regim de nanoconfinare, oferind o bază teoretică mai solidă pentru aceste aplicații practice.