Повече от две десетилетия китайският физик Уанг Енге е посветил кариерата си на изучаване на едно от най-разпространените вещества на Земята: водата.
Докато повечето хора приемат водата за даденост, Уанг я разглежда през свръхмощна атомна леща, за да разбере фундаменталната структура и поведение на водата и леда.
„През годините много колеги ме питаха: какво има още за изучаване на водата? Ние я пием, плуваме в нея и се пързаляме с нея всеки ден“, каза Уанг, академик на Китайската академия на науките и професор във Факултета по физика на Пекинския университет, в скорошно интервю. „Всичко за това изглежда очевидно.“
И все пак Уанг остана фокусиран върху една основна цел: разкриването на скритата физика на тази ежедневна течност.
Тази упоритост се отплати. На 8 юли изследователски екип, ръководен от Уанг, спечели първата награда на Държавната награда за природни науки за 2025 г. за новаторска работа върху това как субатомните частици оформят водородните връзки и динамиката на водата.
Разбирането на водата отдавна е смутило научния свят. През 2005 г. списание Science изброява „Каква е структурата на водата?“ сред 125-те най-критични научни въпроса. През 2013 г. Nature подчерта отключването на повърхностната структура на леда като основен изследователски приоритет.
На атомно ниво водните молекули се държат заедно чрез водородни връзки.
Тъй като водородните атоми са изключително леки, те се държат според странните правила на квантовата физика – което означава, че техните субатомни части флуктуират, размиват се и дори „тунелират“ през енергийни бариери, вместо да остават във фиксирани позиции.
Традиционните научни модели често пренебрегват тези субатомни квантови движения, което затруднява прогнозирането как всъщност се държи водата.
За да преодолеят това, Уанг и неговият екип разработиха най-съвременно експериментално оборудване и теоретични модели за улавяне на тези малки квантови движения в действие. Чрез своите нови подходи екипът направи първото в света прецизно измерване на силата на отделна водородна връзка.
Те също така разкриха как водородните атоми могат да се координират един с друг, за да прескачат енергийни бариери едновременно – феномен, известен като съгласувано протонно тунелиране. Чрез манипулиране на тези фини квантови ефекти, изследователите отключиха неизвестни досега състояния на материята и начертаха как клъстерите от вода и разтворени йони се движат и дифузират.
Тези прозрения се простират далеч отвъд чистата физика. Уанг отбеляза, че контролирането на тези квантови ефекти може да проправи пътя за революционни квантови материали и свръхефективни енергийни технологии. Изследването също се очаква да напредне в съседни области, включително химия, науки за живота и наука за околната среда.
Поглеждайки назад, Уанг отбеляза, че изучаването на субатомните квантови ефекти във водата се е превърнало от ниша в основна дисциплина.
„Когато става въпрос за изследване на физиката, няма нужда да бързате. Постоянството е това, което има значение“, каза Уанг. „Докато работата ви е оригинална, тя ще остави своя отпечатък в историята.“
Guo Yuhe допринесе за историята.