Title: Second critical point in two realistic models of water
Author: P Debenedetti, F Sciortino, G Zerze
Journal: Science, 2020, 369, 289 (DOI: 10.1126/science.abb9796)
水是这个世界上最重要，也是最神秘的物质。除了最出名的固态时密度变小这一反常特征还有非常多的其他原因。 1992年，美国波士顿大学的Eugene Stanley及其同事提出一种假设来解释水的这些特殊性质：水在室温下是两种无法区分的液体的混合物。最近，研究人员通过复杂的理论计算模型证实了这一假设。
除了在环境条件下熟悉的低粘度液体外，水还可以作为冻结的玻璃态亚稳态液体存在，其中分子的能量不足以结晶。在低于136K时，实际上有两个密度不同的玻璃态。 该实验面临的挑战是，当温度升至150K以上时分子会快速结晶。
众所周知，所有存在液态和气态的物质都有一个临界点，超过临界点时液相和气相会合而为一变得无法分辨。例如水的临界点是647K和278MPa。但是水的液液第二临界点是一个全新的概念。Stanley课题组根据模拟计算推断，在结晶之前两种液体都是存在的。高于一定压力且低于特定温度时会存在清晰的相转变。而在达不到该临界点时，就会呈现出常见的性质独特但是无法分辨的单一水相。
实验学家已经对这一假设进行了更详尽的研究。尼尔森（Nilsson）的小组在2017年使用飞秒X射线脉冲捕获了在真空中迅速冷却的微米级水滴的结构变化。但是英国卢瑟福·阿普尔顿实验室的艾伦·索珀却怀疑这只是水分子结晶前的重新排列。
围绕临界点的一般理论以及物质在临界点行为的研究也已取得了很大进展。普林斯顿大学的研究团队使用两个目前最佳计算机的模拟模型来验证液液超临界点假设。两个模型都找到了相应的液液零界点。您接近这个临界点时，密度波动会越来越大。在高于临界点的压力下进行模拟会看到真正的相分离。”
但是也有科学家对此表示怀疑：虽然模拟计算通过了，但是在真实条件下，我们无法使水达到173K而不结冰，所以也许我们永远页无法确定水是否存在第二临界点。