ทดลองจนค้นพบ วิธีทำให้ “แม้อุณหภูมิจะติดลบ -260” (แต่น้ำก็ยังไม่เปลี่ยนเป็นน้ำแข็ง)

เมื่อปี 2019 ทีมนักวิจัยจากสถาบัน ETH แห่งเมืองซูริก ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ ประสบความสำเร็จในการทำให้น้ำยังคงสถานะเป็นของเหลวได้ แม้จะอยู่ในพื้นที่ที่มีอุณหภูมิติดลบกว่า -263 องศาเซลเซียสก็ตาม โดยพวกเขาศึกษาลึกลงไปถึงระดับโมเลกุลและคิดค้นสารชนิดหนึ่งเพื่อแฮกมัน

ภาพ 3 มิติ ของโมเลกุลไขมัน Lipidic mesophase และภาพแสดงการดักเก็บโมเลกุลของน้ำไว้ในโพรงของมัน

จากรายงานของวารสาร Nature Nanotechnology ระบุว่า – หากจะอธิบายแบบเข้าใจง่ายที่สุดคือ ขั้นแรกนักวิจัยต้องทำให้โมเลกุลของน้ำอยู่ในภาวะสสารที่ไม่มีแบบแผนการจัดเรียงตัวก่อน หรือก็คือภาวะอสัณฐาน (Amorphous) ซึ่งการทำให้น้ำอยู่ในภาวะนี้ ช่วยให้แม้ว่าอุณหภูมิจะติดลบเท่าไหร่ น้ำจะไม่สามารถเกิดการจับตัวเป็นผลึกน้ำแข็งได้

แต่ก่อนจะทำให้น้ำอยู่ในภาวะดังกล่าวได้นั้น ก็ยากเอาเรื่องเหมือนกัน แต่สุดท้ายนักวิจัยก็ค้นพบวิธีการแฮก นั่นคือพวกเขาทำการสังเคราะห์โมเลกุลไขมันชนิดหนึ่ง ชื่อว่า Lipidic mesophase โดยโครงสร้างของโมเลกุลไขมันนี้จะมีลักษณะเป็นโพรงขนาดเล็กระดับนาโนเมตร ซึ่งแต่ละโพรงจะทำหน้าที่คอยกักเก็บโมเลกุลน้ำไว้ในนั้น อีกทั้งโครงสร้างของไขมันสังเคราะห์ก็ไม่สามารถแข็งตัวในพื้นที่อุณหภูมิต่ำได้ เหตุนี้จึงทำให้ทั้งน้ำและไขมันที่ผสมลงไปไม่สามารถเกิดกระบวนการ Crystallization หรือเกิดการจับตัวเป็นผลึกแข็งได้นั่นเอง

การค้นพบจากงานวิจัยชิ้นนี้มีประโยชน์อย่างมาก โดยเฉพาะเจ้าโมเลกุลไขมันสังเคราะห์ เพราะด้วยคุณสมบัติของมันที่ช่วยให้น้ำไม่กลายเป็นน้ำแข็ง อาจนำมาประยุกต์ใช้ในการเก็บรักษาสารชีวภาพอื่น ๆ ไม่ให้เสื่อมสภาพในภาวะอุณหภูมิต่ำได้ หรืออาจนำเทคนิคนี้ไปใช้ศึกษาทดลองเกี่ยวกับโครงสร้างระดับโมเลกุลของสารต่าง ๆ ในภาวะอุณหภูมิต่ำได้เช่นกันครับ

น้ำที่อยู่ในจุดเยือกแข็ง แต่ยังไม่เปลี่ยนสถานะเพราะไม่มีอะไรมากระทบ แต่พอเทน้ำลงถาด โมเลกุลของน้ำก็เกิดการกระทบและเกิดการจับตัวกันเป็นผลึกทันที

แถม – ทุกคนคงเคยเห็นคลิปโชว์ “เทน้ำเปล่าจากขวด-แล้วน้ำที่ไหลออกมาก็กลายเป็นน้ำแข็งทันที” ซึ่งความจริงเหล่ายูทูปเบอร์ใช้หลักการเดียวกันกับงานวิจัยด้านบน นั่นคือ การเล่นกับโมเลกุลของน้ำนั่นเอง

โดยปรากฏการณ์นี้มีชื่อเรียกว่า Supercooling (น้ำเย็นยิ่งยวด) เกิดจากการที่น้ำเปล่าบริสุทธิ์ (ไม่มีสิ่งใดเจือปน) ไม่จับตัวเป็นสถานะของแข็งแม้ว่าอุณหภูมิจะต่ำกว่าจุดเยือกแข็งแล้วก็ตาม นั่นเพราะอัตราการเปลี่ยนอุณหภูมิไปสู่การติดลบของน้ำขวดนั้นเป็นไปอย่างช้า ๆ และเพราะความสะอาดแบบสุด ๆ จึงทำให้ไม่มีสิ่งใดมากระทบ โมเลกุลของน้ำจึงไม่วิ่งไปจับตัวเป็นของแข็งนั่นเอง

ซึ่งปรากฏการณ์นี้ จะเกิดได้ดีที่สุดกับน้ำสะอาดที่ผ่านการกรองมาอย่างดีเท่านั้น คือเป็นน้ำที่ไม่มีตะกอนเจือปนอยู่เลย (เหตุนี้-หากใครอยากทดลองแนะนำให้ใช้น้ำกลั่นจะชัวร์ที่สุดครับผม)