除氣態、液態和固態外水分子在綠寶石內或有量子隧穿態

        教科書告訴我們，水有三種狀態：氣態、液態和固態，但據美國能源部下屬的橡樹嶺國家實驗室（ORNL）官網消息，該實驗室科學家通過中子散射和計算機模擬，揭示了水分子在極端限制條件下的新行為——量子隧穿。研究人員表示，最新現象或許會引發諸多領域科學家的廣泛討論。研究發表在最新一期的《物理評論快報》上。

水分子在綠寶石內或有量子隧穿態

　　這項研究在ORNL的散裂中子源（SNS）和英國盧瑟福·阿普爾頓實驗室（RAL）進行，科學家發現了局限于綠寶石中直徑只有5埃（1埃等于百億分之一米）的超小六角形寬溝道內水分子的新的隧穿狀態。

　　該研究領導者、ORNL化學和工程材料分部的亞歷山大·科列斯尼科夫說：“在低溫下，正在隧穿的水通過隔開的潛在墻，展示出量子運動。這意味著，水分子中的氧原子和氫原子已‘不受位置限制’，因此能同時出現在溝道內所有6個對稱的位置，這一現象僅僅發生在量子世界內。”

　　研究合作者勞倫斯·阿布維奇指出，水存在量子隧穿狀態這一結論或許有助于科學家更好地描述高限制環境下的水的熱力學屬性和行為，比如水在分子膜溝道、在碳納米管內、沿著晶粒邊界以及多種地理環境內的礦物質界面的擴散和輸送行為等，會引發材料、生物、地理和計算機領域的科學家們的廣泛討論，他們或許希望能厘清這一現象背后的機制，并將其應用于有關材料中。

　　阿布維奇表示：“這一發現代表了我們對水的行為以及水如何利用能量的新理解。有趣的是，可能我們會想，在藍寶石或翡翠戒指內的水分子或許正經歷最新實驗中發現的量子隧穿現象。”

　　阿布維奇還說，水展示出隧穿行為完全出乎意料。“直接從中子實驗獲得的水質子的動能比液體或固體中的動能少30%，與現在被廣泛接受的基于其振動模式的能量模型完全不匹配”。由雷克華盛頓理工學院和華盛頓大學博塞爾校區的科學家進行的原理模擬實驗表明，隧穿行為與綠寶石結構的振動動力學有關。