【导读】

斯德哥尔摩大学物理学家通过超快激光与X射线联合实验，在水结晶前的极短时间尺度上，对超冷水进行了探测，报告称首次获得水中液‑液临界点的实验证据。相关成果于3月26日发表在《科学》（Science）杂志上。

实验在结冰前“抢时间”观测超冷水

据介绍，Seonju You 等人通过加热高密度和低密度非晶冰，利用红外超快激光脉冲在极短时间内将其转化为液态，并在结晶发生前进行X射线散射测量，从而研究超冷水在形成冰之前的动力学与结构性质。

研究团队表示，这一方法使他们能够在水尚未冻结的时间窗口内，探测到超冷水的热力学行为和密度变化。

斯德哥尔摩大学教授安德斯·尼尔森（Anders Nilsson）称，实验的关键在于“能够在冰冻结之前，以极高时间分辨率进行X射线探测”，从而观察到液‑液转变的消失以及新的临界态的出现。

在约210 K和1000个大气压下发现临界点

研究结果显示，在约210 K（零下63摄氏度或零下81华氏度）和约1000个大气压条件下，超冷水的热容出现快速增加，呈现出临界发散的特征，同时伴随密度涨落显著增强。作者将此解释为液‑液临界点存在的实验证据。

尼尔森教授及其同事指出，水在低温高压下可以以两种不同的液态宏观相态存在，这两种相态中水分子的结合方式不同。当温度升高、压力降低时，会出现一个状态，在该状态下两种液态之间的差异消失，只剩下一种相态，这一状态即为临界点。

研究团队表示，这一临界点高度不稳定，会在较宽的温度和压力范围内引发涨落效应，范围可延伸至接近环境条件。他们认为，水在两种液态及其混合态之间的涨落，与水的多种异常性质相关。

研究还指出，临界点之外的状态被称为超临界态，环境条件下的水被描述为处于这种超临界区域。

动力学在临界点附近显著变慢

除热容和密度涨落外，研究人员还观察到系统在接近临界点时动力学显著变慢。

斯德哥尔摩大学的罗宾·泰布斯基（Robin T. T. Thébault）博士表示，从实验结果看，“系统似乎很难从临界点附近逃离”。

博士后研究员艾格里姆·卡里纳（Aigerim Karina）指出，非晶冰这一被广泛研究的水态，在本次工作中成为进入临界区域的“入口”，这为后续研究提供了新的切入点。

斯德哥尔摩大学博士生伊阿宋·安德罗尼斯（Iason Andronis）表示，能够在如此低温条件下测量水而不发生结冰，是长期以来的实验目标，而X射线激光的发展使这类测量成为可能。

研究者：为长期争论提供关键证据

尼尔森教授表示，关于水的异常性质起源，自沃尔夫冈·伦琴（Wilhelm Röntgen）早期工作以来已争论逾百年。此次实验结果支持了“水在超冷区存在一个液‑液临界点”的理论模型。

他称，当前工作为这一模型提供了实验证据，下一步将是探讨这些发现对水在物理、化学、生物、地质以及气候相关过程中的意义，并指出这将在未来几年构成重要研究方向。

斯德哥尔摩大学的菲沃斯·佩拉基斯（Fivos Perakis）博士提到，水被描述为在环境条件下处于超临界液体状态，而生命也存在于这一条件下，他认为这一事实可能在未来研究中带来新的认识。

论文信息

该研究以“超冷水中液‑液临界点的实验证据”（Experimental evidence for a liquid–liquid critical point in supercooled water）为题，由 Seonju You 等人撰写，发表于《科学》杂志：

• 期刊：Science
• 年份：2026年
• 卷期：391（6792）：1387–1391
• DOI：10.1126/science.aec0018