Bijna driekwart van het aardoppervlak is bedekt met water. Bijna tweederde van het menselijk lichaam bestaat daaruit. Wij drinken het. We gebruiken het in onze huizen en in de industrie. Als een solide, het is ijs. Als een gas, het is stoom.

"Niemand begrijpt water, de structuur van water. Water heeft veel anomalieën, " zegt John Tse, Natuurkunde professor aan de Universiteit van Saskatchewan en Canada Research Chair in Materials Science.

Tse heeft tientallen jaren toegewijd om meer te leren over wat zo velen van ons als vanzelfsprekend beschouwen. In het proces, hij heeft een al lang bestaande fundamentele hypothese over water weerlegd. De resultaten zijn dit najaar gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .

Nieuwsgierig naar water en hoe het zich gedraagt ​​als het wordt samengeperst tot een vaste stof, Tse was geïnteresseerd in een experiment dat in 1985 door enkele van zijn collega's werd uitgevoerd toen hij bij de National Research Council werkte. Ze ontdekten een ongewoon fenomeen. Toen ze ijs bij lage temperaturen samenpersden, in plaats van te transformeren in een kristallijne vorm onder hoge druk waar de atomen zijn georganiseerd in een roosterpatroon, het ijs omgezet in een amorfe vaste stof en de atomen waren gedesorganiseerd. Ze veronderstelden dat dit te wijten was aan het "smelten" van ijs onder hoge druk. Als dat het geval zou zijn, de wanordelijke toestand zou waterachtig zijn.

Deze conclusies vielen niet goed bij Tse omdat de consequentie zou zijn dat vloeibaar water een mengsel is van twee vloeistoffen met verschillende dichtheden. Destijds, echter, noch de technologie noch de expertise was beschikbaar om de hypothese te testen.

"De vraag die niemand stelde was of de hypothese juist was, " hij zegt.

Dertig jaar later, Tse en een onderzoeksteam gebruikten twee bundellijnen bij de Advanced Photon Source, waarvan er één wordt beheerd door de Canadian Light Source aan de U of S. In zijn paper, "Kinetisch gecontroleerde tweestaps-amorfisatie en amorf-amorfe overgang in ijs, Tse meldt dat de "waterachtige" toestand eigenlijk een tussenliggende kristallijne fase was en niet vloeibaar.

"Dit verandert alles wat met water te maken heeft, ' zegt Tse.

"We hebben beschreven hoe het ijs van de ene vorm in de andere kan veranderen. Dat is de betekenis van het resultaat, de reden dat dit zo belangrijk is. We hebben het fasediagram in de amorfe fase in kaart gebracht. Het is een leidraad om je te vertellen wat de eigenschappen van de materie zijn bij een bepaalde druk-temperatuurconditie."

Wetenschap wordt gedreven door nieuwsgierigheid of noodzaak of beide, zegt Tse.

"Fundamentele wetenschap is belangrijk werk. Als we niet werken aan fundamentele wetenschap, we zullen niet weten waar we vandaan komen. We zullen iets missen. Nieuwsgierigheid drijft dit onderzoek. We hadden een fundamentele hypothese en we deden het experiment en probeerden het te verduidelijken. We weten nu precies wat er aan de hand is."

Tse vervolgt zijn werk over water en hoe het verandert als functie van druk en temperatuur. Water is nog ingewikkelder omdat de atomen bewegen. in ijs, de atomen bewegen niet, maar zijn ongeordend. In beide gevallen, hij zegt, er valt nog meer te leren.

"Je kijkt altijd naar oude problemen die niet zijn opgelost, maar met de ontwikkeling van een nieuw instrument en een nieuwe theorie, je zou in staat zijn om het oude probleem op te lossen en er vervolgens op voort te bouwen."