Учёные впервые увидели, как атомы водорода в молекулах воды взаимодействуют с соседними молекулами при возбуждении лазерным светом. Исследование провели специалисты Национальной ускорительной лаборатории SLAC при Министерстве энергетики США, Стэнфордского университета и Стокгольмского университета в Швеции, отмечается в статье, опубликованной в журнале Nature.

Каждая молекула воды содержит один атом кислорода и два атома водорода, а сеть водородных связей между положительно заряженными атомами водорода в одной молекуле и отрицательно заряженными атомами кислорода в соседних молекулах удерживает молекулы вместе. Именно сеть водородных связей определяет загадочные свойства воды. Наблюдать за эффектами, которые возникают при взаимодействии молекул воды со своими соседями на атомном уровне, прежде учёные напрямую не могли.

В исследовании американских учёных это получилось благодаря SLAC MeV-UED, высокоскоростной «электронной камере». Она фиксирует малозаметные движения молекул через рассеивание мощного пучка электронов от образца.

Были созданы струи жидкой воды толщиной 100 нанометров, и их молекулы заставили вибрировать с помощью инфракрасного лазерного света. На молекулы направили короткие импульсы высокоэнергетических электронов. Так удалось получить фотографии изменяющейся атомной структуры молекул с высоким разрешением.

Выяснилось, что при начале вибрации возбуждённой молекулы воды её атом водорода сначала притягивает атомы кислорода соседних молекул, а затем отталкивает их с появившейся силой. Пространство между молекулами при этом расширяется.