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Descoberto novo estado da água

26.09.2020

A água super-resfriada é dois líquidos em um. Pesquisadores americanos chegaram a essa conclusão depois de realizar as primeiras medições de água líquida em temperaturas bem abaixo de seu ponto de congelamento normal.

Apesar da distribuição extremamente ampla, a água como substância química ainda não é totalmente compreendida. Os cientistas às vezes a chamam de a substância mais misteriosa da Terra.

O fato é que a água não é como os outros líquidos - quando congela, expande e não encolhe, como todos os outros, sua densidade diminui. Portanto, o gelo de água não afunda, mas flutua na superfície. A água tem um alto ponto de ebulição e é um excelente solvente, portanto, sob várias condições, a maioria das substâncias orgânicas e inorgânicas se dissolve nela. E, finalmente, tem um enorme coeficiente de tensão superficial. Graças a todas essas propriedades únicas, a água se tornou a base da vida na Terra.

A água tem outra qualidade interessante - congela muito "relutantemente". Se outros líquidos começarem a se solidificar gradualmente, imediatamente após passarem pelo ponto de congelamento, a água "resiste" até o fim. E para começar a endurecer, precisa sempre de núcleos de cristalização - partículas suspensas de origem mineral ou orgânica.

Pesquisadores do Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) do Departamento de Energia dos EUA decidiram testar, se não houver tais partículas, até que temperatura a água permanecerá líquida.

Sabe-se que a água pode estar presente nas nuvens na forma de gotas super-resfriadas mesmo em temperaturas muito baixas, e então, quando poeira fina de gelo entra nessas nuvens de cima, de camadas mais altas e mais frias, as gotas cristalizam instantaneamente e caem no moído na forma de pellets de gelo ou granizo.

Os cientistas do laboratório destruíram um filme fino de gelo com um laser, criando água líquida super-resfriada e, usando espectroscopia de infravermelho, rastrearam todos os menores estágios de suas transformações na faixa de temperatura de 135 a 245 kelvins - de menos 138 a menos 28 graus Celsius.

Em imagens congeladas dos estados de fase, os cientistas viram que, quando super-resfriada, a água se condensa em uma fase líquida densa, que continua a coexistir com a fase líquida normal. Ao mesmo tempo, a proporção de líquido com alta densidade diminui rapidamente à medida que a temperatura aumenta de 190 para 245 Kelvin.

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No decorrer do estudo, os físicos passaram fótons através de um interferômetro - um dispositivo com o qual um feixe de radiação eletromagnética é dividido em vários feixes passando por diferentes caminhos ópticos (A e B). Eventualmente, os dois feixes se recombinam e se sobrepõem, resultando em interferência. O setup foi montado de tal forma que, com a polarização vertical, o fóton escolherá o caminho da esquerda, depois retornará e atingirá o lado direito do interferômetro. Com a polarização horizontal, a partícula percorre primeiro o caminho da direita e depois o da esquerda.

No entanto, com a polarização diagonal, a onda quântica que descreve a posição do fóton "se divide", movendo-se ao longo dos dois caminhos simultaneamente. Os componentes polarizados vertical e horizontalmente primeiro percorrem seu próprio caminho, retornam e alternam para um caminho adjacente. Assim, ambos os componentes percorrem cada caminho ao mesmo tempo, ou seja, o fóton parece percorrer ambos os caminhos ao mesmo tempo. No final de cada caminho, o fóton se divide novamente, com um componente voltando e o outro saindo da configuração.

Nesse caso, é muito difícil determinar qual evento precede o outro: ou o retorno dos componentes polarizados ao início dos caminhos cria a aparência do fóton passando simultaneamente por A e B (o fóton passa primeiro por um caminho, e depois ao longo do outro), ou a divisão do fóton "bifurcado" no final de cada um dos caminhos causa um retorno único dos componentes ao início de cada caminho (e então o fóton realmente passa pelos dois caminhos simultaneamente ).

Para resolver esse problema, os cientistas realizaram uma série de experimentos, cada vez inserindo lentes adicionais na instalação, que alteram a distribuição espacial do feixe de luz. Isso permite alterar a polarização do fóton no momento em que as ondas quânticas são novamente sobrepostas umas às outras. Se cada fóton no feixe percorreu primeiro um caminho e depois outro, a polarização resultante do fóton deve corresponder a um determinado valor. No entanto, os pesquisadores descobriram que era impossível determinar no experimento qual dos eventos realmente causa o outro. Em outras palavras, ambos os processos são causa e efeito um do outro.

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