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물은 확실히 세계에서 가장 잘 알려진 액체입니다. 물은 모든 생물학적 과정과 많은 화학적 과정에서 중요한 역할을 합니다. 물 분자 자체에는 비밀이 거의 없습니다. 학교에서 우리는 이미 물이 하나의 산소 원자와 두 개의 수소 원자로 구성되어 있다는 것을 배웠습니다. 우리는 두 개의 OH 다리가 서로 형성하는 전형적인 둔각도 알고 있습니다. 또한 우리는 물이 끓거나 얼 때와 이러한 상전이가 압력과 어떻게 관련되어 있는지 알고 있습니다. 그러나 개별 분자에 대한 사실과 거시적 현상에 대한 더 깊은 이해 사이에는 광범위한 불확실성이 존재합니다. 일반 액체 물에서 개별 분자의 거동에 대해서는 통계적 정보만 알려져 있습니다. 액체 상태의 물 분자는 변동하는 물 분자를 형성합니다. 무질서하고 조밀한 수소 결합 네트워크와 이들의 상호 작용은 기체 상태만큼 잘 이해되지 않습니다.
순수한 액체 물 검사
이제 HZB 물리학자 Annette Pietzsch 박사가 이끄는 팀은 실온과 상압에서 순수한 액체 물을 자세히 관찰했습니다. Paul Scherrer Institute의 스위스 광원에서 X선 분석과 통계 모델링을 사용하여 과학자들은 다양한 형태로 나타나는 바닥 상태의 개별 물 분자의 소위 위치 에너지 표면을 매핑하는 데 성공했습니다. 그들의 환경에 따라.
진동 및 진동 측정
'여기서 특별한 점은 방법입니다. 우리는 공진 비탄성 X선 산란을 사용하여 ADRESS 빔라인에서 물 분자를 연구했습니다. 간단히 말해서, 우리는 개별 분자를 매우 조심스럽게 살짝 누른 다음 어떻게 바닥 상태로 떨어지는지 측정했습니다.' Pietzsch는 말합니다. 저에너지 여기는 스트레칭 진동 및 기타 진동으로 이어졌으며, 이는 모델 계산과 결합되어 잠재적인 표면에 대한 자세한 그림을 생성했습니다.
이것은 구조의 함수로서 분자의 에너지를 실험적으로 결정하는 방법을 제공합니다'라고 Pietzsch는 설명합니다. '이 결과는 예를 들어 물이 용매로서 어떻게 작용하는지 더 잘 이해하는 등 물의 화학을 이해하는 데 도움이 됩니다.\
전망: BESSY II의 METRIXS
다음 실험은 HZB의 BESSY II X선 소스에서 이미 계획되어 있습니다. 그곳에서 Annette Pietzsch와 그녀의 팀은 RIXS 실험을 통해 액체 샘플을 조사하기 위해 정확하게 설계된 METRIXS 측정 스테이션을 설치했습니다. 'BESSY II의 유지 관리 작업으로 인한 여름 종료 후, 우리는 장비의 첫 번째 테스트부터 시작할 것입니다. 그런 다음 계속 진행할 수 있습니다.'