Tai, ko iki šiol nežinojome apie vandenį: kiekvienoje stiklinėje vandens yra dviejų rūšių H20 molekulės

Visos vandens molekulės yra sudarytos iš vieno santykinai didelio deguonies atomo ir dviejų gerokai mažesnių vandenilio atomų – šios molekulės formą galima būtų lyginti su Mikimauzo galva, kur ausytės yra vandenilio atomai. Tačiau šios vandenilinės „ausytės“ gali būti įtaisytos dviem skirtingais būdais, priklausomai nuo jų kvantinio sukinio (sukinys yra dalelių kvantinė savybė, kuri šiek tiek primena paprasto kamuolio sukimąsi, tačiau gali būti tik vienos iš dviejų diskrečių krypčių). Todėl viena vandens rūšis yra tokia, kurioje sukiniai yra sutampančių krypčių (abi „ausytės“ yra nukreiptos į tą pačią pusę) – ji vadinama orto-vandeniu. Kitoje vandens rūšyje (para-vandenyje) mikimauzo ausytės žiūri į priešingas puses, arba elektronų sukiniai yra priešingų krypčių.

Paprastai sukinys dalelių savybes lemia tik labai smulkiame kvantiniame mastelyje, todėl mokslininkams ilgą laiką buvo sunku eksperimentiškai nustatyti jų efektą.

Tuo tarpu pastarojo eksperimento vykdytojai nusprendė pasinaudoti vandens „poliškumo“ savybe. Vandens molekulės yra labai keistos: nors bendrai paėmus molekulė krūvio neturi, vienas jos kraštas yra neigiamo krūvio, o kitas – teigiamo.

Mokslininkai vandens srovę perleido per elektrinį lauką, kuris buvo tiksliai sureguliuotas taip, kad po poveikis orto – ir para-vandeniui šiek tieks skirtųsi ir šios molekulės elektrinio lauko tunelio gale sukristų į skirtingus kibirėlius.

Tuomet kiekvieną vandens kibirėlį mokslininkai paveikė superšalto diazenilo molekulėmis – kiekviena jų yra sudaryta iš dviejų azoto molekulių ir vieno protono. Diazenilas reaguoja su vandeniu atiduodamas jam savo protoną, taip susidarant H₃O⁺ jonui.

Mokslininkai išsiaiškino, kad para-vanduo su diazenilu reaguoja 25 procentais greičiau nei orto-vanduo. Veikiausiai taip yra dėl to, kaip sukinių panašumas ar skirtumas paveikia trauką tarp skirtingų molekulių.

„Kiek mums žinoma, mūsų tyrimas yra pirmasis, kuriame pagal sukinį atskirtos poliatomiškai neutralios molekulės (tokios, kaip vanduo) reagavo su jonais“, – rašė Bazelio universiteto (Šveicarija) mokslininkai, kurių tyrimo ataskaitą publikavo žurnalas „Nature Communications“.

Anot autorių, šis eksperimentas yra itin svarbus žingsnis pirmyn siekiant suprasti, kaip tokios abstrakčios fizikinės savybės, kaip kvantinis sukinys, paveikia chemines reakcijas, vykstančias mūsų aplinkoje ir mūsų kūnų viduje.