İsveç’teki Stockholm Üniversitesi’nden bilim insanları, suyun -63 °C sıcaklıkta yeni bir kritik noktaya sahip olduğunu deneysel olarak kanıtladı. Bu önemli keşif, suyun iki farklı sıvı fazda var olabileceği hipotezini ilk kez somut verilerle destekliyor. Süper soğutulmuş su üzerinde yapılan bu çalışma, maddenin alışılmışın dışında davranışlarını daha iyi anlamamızı sağlıyor.
Su, doğadaki en sıra dışı maddelerden biri olarak bilinir. Normal şartlarda katı hale geçtiğinde suyun hacmi artar ve yoğunluğu azalır; bu da onu birçok maddeye kıyasla benzersiz kılar. Suyun bu anomalileri, soğutulduğunda ve özellikle donma noktasının altına inildiğinde daha da belirgin hale gelir. Süper soğutulmuş su, yüksek irtifalarda doğal olarak oluşan ve laboratuvar ortamında özel koşullarla üretilen bir haldir. Isı ve basınç altında suyun yapısı değişirken, bilim insanları uzun süredir suyun iki ayrı sıvı formu arasında geçiş yapabileceğini teorileştiriyordu.
1992 yılında yapılan bilgisayar simülasyonları, süper soğutulmuş suyun iki farklı sıvı faza ayrılabileceğini ve bunun da yüksek basınçlarda gerçekleşen bir likit-likit kritik noktası (LLCP) ile ilişkili olduğunu ortaya koymuştu. Stockholm Üniversitesi’nden Anders Nilsson liderliğindeki ekip, bu teoriyi gerçek dünyada doğrulamak için yeni deneyler gerçekleştirdi. Nilsson, “Bu iki sıvının süper soğutulmuş suyun faz diyagramında belirli bir çizgide birlikte var olduğunu öngörmüştük. Basınç düştükçe ve sıcaklık arttıkça bu iki faz tek bir hale bürünüyor” diyor.
Araştırmanın en büyük yeniliği, su donmadan önce onu incelemeyi sağlayan ultraviyole lazer teknolojisinin kullanılması oldu. Güney Kore’deki POSTECH Üniversitesi ve PAL-XFEL tesisi iş birliğiyle geliştirilen ultrafast lazer darbeleri, süper soğutulmuş suyun yapısını milisaniyenin altında bir sürede sorguladı. Bu sayede buz oluşumundan önceki evreye ait veriler elde edildi ve farklı sıvı fazların varlığı gözlemlendi. Nilsson, “Lazerin yoğunluğunu değiştirerek kritik noktanın çevresindeki sıvı durumlarını yakalamayı başardık” diye açıklıyor.
Deneylerde sistemin ani faz geçişinden daha yumuşak ve sürekli yapısal değişimlere doğru bir geçiş yaşadığı görüldü. Bu, kritik dalgalanmaların ve fazlar arası belirsizliğin tipik işaretlerindendi. Ayrıca materyalin ısıl kapasitesinde ciddi bir artış gözlendi; bu da kritik noktaya özgü yoğunluk değişimlerinin kanıtı oldu. Araştırmacılar, bu verilerle süper soğutulmuş suyun kritik noktasına doğrudan ulaştıklarını ifade ediyor.
Bu kritik noktanın tespiti, suyu inceleyen bilim insanları için adeta çağımızın “kutsal kâsesi”ydi. Nilsson, bu noktaya ulaşmanın önündeki zorlukların başında, suyun çok hızlı buz haline geçmesi nedeniyle deneylerin kısa sürede tamamlanması gerektiğini belirtiyor. “Yıllarca süren planlama ve testler sonunda, basınç ve sıcaklığı çok hızlı şekilde değiştirip suyu faz diyagramı içinde hareket ettirebildik” diyor. Bu başarı, suyun likit fazları arasındaki geçişlerin anlaşılmasını büyük ölçüde kolaylaştıracak.
Araştırmanın geleceği ise oldukça umut verici. Ekip, kritik noktanın yakınındaki dalgalanmaların zaman ölçeklerini daha detaylı incelemeyi hedefliyor. Ayrıca suyun enerji uygulamaları için önemli olan ara yüzeylerde süperkritik hale geçmesinin etkileri araştırılacak. Nilsson, “Yakıt hücreleri ve su elektrolizi gibi teknolojilerde suyun bu özellikleri kritik rol oynayabilir” diyor. Canlı hücrelerin içindeki suyun ve atmosferdeki bulutlardaki suyun davranışları da çalışmaların kapsamına girecek.
Ekibin diğer bir üyesi Fivos Perakis ise, suyun yaşamın var olduğu koşullarda var olan tek süperkritik sıvı olduğunu hatırlatıyor. “Su olmadan yaşam mümkün değil. Bu tesadüf mü, yoksa üzerinde daha derinlemesine durmamız gereken bir sır mı, bunu zamanla göreceğiz” diyerek bilim dünyasında heyecan yaratan bu keşfin önemini vurguluyor.
📎 Kaynak: physicsworld.com
