Tutkijat ovat onnistuneet lämmittämään huoneenlämpöistä vettä 100 000 celsiusasteeseen äärimmäisen lyhyessä pikosekunnin kymmenesosan pituisessa ajassa. Tämä tarkoittaa sekunnin miljoonasosan miljoonasosaa.

Veden lämmittäminen onnistui voimakkaalla röntgenlaserilla, tutkijat kertovat tiistaina julkaistussa tiedotteessa. Käytännössä tutkijat kehittivät tiedotteen mukaan ”maailman nopeimman vedenlämmittimen”, joka muutti veden eksoottiseen olomuotoon, jollaista ei luonnostaan esiinny Maassa.

Proceedings of the National Academy of Sciences -lehdessä julkaistuun tutkimukseen osallistui tutkijoita Ruotsin Uppsalan yliopistosta sekä saksalaisen Deutsches Elektronen-Synchrotronin CFEL-tutkimuslaitoksesta.

Tutkijat käyttivät yhdysvaltalaisessa SLAC National Accelerator Laboratoryssä olevaa Linac Coherent Light Source LCLS -röntgenlaseria, jolla he ampuivat erittäin voimakastehoisia ja lyhytkestoisia röntgensäteitä vesisuihkuun.

”Tämä ei ole tavallinen tapa kiehuttaa vettä”, sanoo tiedotteessa CFEL:n tutkija Carl Caleman.

”Tavallisesti kun vettä kuumennetaan, molekyylejä vain ravistellaan suuremmalla ja suuremmalla voimalla.”

Alla olevassa simulaatiossa esitetään vesimolekyylien ja atomien liikettä ensimmäisenä 70 femtosekunnin aikana.

Molekyylitasolla lämpeneminen johtuu molekyylien liikkeestä. Mitä kuumempaa vesi on, sitä nopeammin molekyylit liikkuvat. Molekyylien liikettä voidaan nopeuttaa esimerkiksi siirtämällä niihin lämpöä uunista tai saamalla ne liikkumaan edestakaisin mikroaalloilla.

Tutkijaryhmä käyttämä kuumentamistapa oli kuitenkin erilainen. Veteen ammutut röntgensäteet irrottivat vesimolekyyleissä olevia negatiivisesti varautuneita elektroneja, mikä tuhosi niiden sähkövarauksen tasapainon. Tämän seurauksena vesimolekyylit alkoivat hylkiä toisiaan voimakkaasti ja liikkua erittäin nopeasti.

Tutkimuksessa vesi muuttui plasmaksi 75 femtosekunnissa eli 0,000 000 000 000 075 sekunnissa.

”Mutta vaikka vesi muuttui nesteestä plasmaksi, sen tiheys oi edelleen sama kuin nestemäisellä vedellä, koska atomit eivät ehtineet liikkua vielä merkittävästi”, tutkija Olof Jönsson Uppsalan yliopistosta sanoo tiedotteessa.

Tätä eksoottista aineen olomuotoa ei löydy luonnostaan Maasta, mutta esimerkiksi Jupiterissa ja Auringossa on samankaltaista plasmaa, Jönsson sanoo. Hän myös huomauttaa, että vesi muuttui Maan ydintä kuumemmaksi.

Tutkijat toivovat, että tutkimus auttaa ymmärtämään nykyistä paremmin veden ominaisuuksia.

”Vesi on todella outo neste, ja ilman sen erikoisia piirteitä moni asia Maan päällä olisi toisenlaista, etenkin elämä”, Jönsson sanoo.