Flytande vatten upprätthåller liv på jorden, men dess fysiska egenskaper förblir mystiska bland vetenskapliga forskare. Nyligen, ett team av schweiziska forskare använde befintliga THz -spektroskopitekniker för att mäta flytande vattens vätebindning. Framtida ansträngningar med denna teknik kan en dag hjälpa till att förklara vattnets säregna egenskaper. Teamet rapporterar sina fynd i Journal of Chemical Physics .

"Det som gör detta papper speciellt är aspekten av THz -spektroskopi av en vätska. I THz -området, vi gör spektroskopi uttryckligen av systemets intermolekylära frihetsgrader i studien, att kontrastera det till intramolekylära grader av frihet, "sa Peter Hamm, en författare på tidningen. "Med THz -spektroskopi, vi kan mycket direkt titta på vätebindningen mellan olika vattenmolekyler. "

Forskare använder spektroskopi för att mäta interaktionen mellan materia och ljus och utläsa någons fysiska sammansättning. I detta experiment, forskarna upphetsade en färgmolekyl upplöst i vatten med en ultrakort synlig laserpuls, ändra laddningsfördelningen. Sedan, en THz -puls mätte responsen hos de omgivande vattenmolekylerna som en funktion av tiden efter den exciteringsprocessen.

THz -spektroskopi, som är relativt låg frekvens, gör det möjligt för forskare att undersöka krafterna som finns mellan vattenmolekyler. Att observera dessa intermolekylära krafter kan hjälpa forskare att förstå vattens avvikelser, eftersom vätebindning i flytande vattenmolekyler utgör många av vattnets oväntade egenskaper, som dess ovanliga densitet maximalt vid 4 grader Celsius.

"Svaret vi hittade i THz -frekvensområdet var förvånansvärt långsamt. Vatten anses vanligtvis vara ett mycket snabbt lösningsmedel med ett svar i subpikosekundområdet, men vi hittade en tidsskala runt 10 pikosekunder i THz, "Sa Hamm. De tillskrev den långsamma tidsskalan till den kollektiva karaktären av vattensvaret som undersöktes med hjälp av THz -spektroskopi.

Hamm förtydligade att forskare har använt THz -spektroskopi i mer än 20 år och varnade för optimism om resultaten. "Resultatet har ofta varit lite nedslående eftersom THz -spektra för vätskor som vatten är extremt breda och suddiga, och det är väldigt svårt att få ut information ur det, sa han. Tidsupplösta tekniker, som i denna studie, kan övervinna den begränsningen.

Nästa, forskarna planerar att använda sin metod för att titta på vattnets struktur och dynamik när det fortfarande är flytande, men under fryspunkten. Hamm förklarade, "Vattnets speciella egenskaper blir betydligt mer uttalade om man går till temperaturer under fryspunkten."