Trong nhiều thập niên, các nhà khoa học đã đưa ra giả thuyết rằng ở cấp độ phân tử, nước liên tục chuyển đổi giữa hai trạng thái chất lỏng khác nhau: một trạng thái có mật độ cao với các phân tử nước liên kết chặt chẽ với nhau và một trạng thái có mật độ thấp với cấu trúc lỏng lẻo hơn.

Tuy nhiên việc tìm ra bằng chứng trực tiếp về sự chuyển đổi này luôn là một thách thức.

Nhóm nghiên cứu, do giáo sư hóa lý Xiao Cheng Zeng tại Đại học Thành phố Hong Kong dẫn đầu, đã sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) kết hợp với các mô phỏng động lực học phân tử quy mô lớn để phân tích chuyển động của hàng trăm nghìn phân tử nước.

Hệ thống AI đã xử lý hàng chục triệu điểm dữ liệu, từ đó phát hiện các quy luật mô tả quá trình chuyển đổi qua lại giữa hai trạng thái của nước, theo trang LiveScience ngày 25-6.

Nhóm nhận thấy trong hầu hết điều kiện, sự chuyển đổi này diễn ra thông qua một con đường tương đối đơn giản với một rào cản năng lượng.

Tuy nhiên gần ngưỡng chuyển tiếp giữa hai trạng thái, chẳng hạn ngưỡng 0 độ C nơi nước lỏng và băng cùng tồn tại, các phân tử nước có thể chuyển đổi theo một lộ trình phức tạp hơn với ba rào cản năng lượng khác nhau.

Phát hiện mới có thể giúp giải thích nhiều đặc tính "kỳ lạ" của nước mà giới khoa học vẫn chưa hiểu đầy đủ.

Chẳng hạn, không giống đa số chất lỏng khác, nước đạt mật độ lớn nhất ở khoảng 4 độ C rồi bắt đầu giãn nở khi tiếp tục lạnh đi, khiến băng nổi trên mặt nước. Nước cũng có khả năng duy trì nhiệt độ ổn định và biểu hiện độ nhớt bất thường dưới một số điều kiện áp suất.

Theo nhóm nghiên cứu, việc hiểu rõ cấu trúc phân tử của nước không chỉ có ý nghĩa đối với vật lý cơ bản, mà còn có thể mở ra những hướng nghiên cứu mới trong sinh học, y học và khoa học vật liệu.

Bởi phần lớn các quá trình sinh học, hoạt động của tế bào cũng như sự tương tác của muối, protein và các phân tử thuốc đều diễn ra trong môi trường nước.

Dù vậy, các nhà khoa học nhấn mạnh vẫn cần thêm nhiều thí nghiệm thực tế để xác nhận đầy đủ mô hình hai trạng thái của nước trước khi những hiểu biết này có thể được ứng dụng rộng rãi.

Nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature Physics.

Phát hiện phân tử nước trong khoáng chất lấy từ Mặt trăng

Phát hiện này mở ra những khả năng mới cho việc phát triển và sử dụng tài nguyên nước trên Mặt trăng trong tương lai.