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韓国人「マイナス60度で液体の臨界点を初観測…科学の教科書を書き換えなければならない」と話題に
ポステック（浦項工科大学）とストックホルム大学が30年ぶりに「液体-液体臨界点」仮説を実証
マイナス60度付近で水の性質が完全に変わる臨界点が存在するという事実が、世界で初めて観測されました。
ポステック化学科のキム・ギョンファン教授研究チーム（筆頭著者＝ユ・ソンジュ修士・博士統合課程学生）は、スウェーデン・ストックホルム大学物理学科のアンダース・ニルソン教授研究チーム（筆頭著者＝マジョリー・ラッド・パラダ）と共同で、「液体-液体臨界点」仮説を世界で初めて実験的に立証したと発表しました。
この研究結果は、27日午前3時（韓国時間、米国東部時間26日午後2時）に世界的な国際学術誌「サイエンス」に掲載されました。
X線自由電子レーザーを活用して観測された液体-液体臨界点が存在するという実験的証拠の模式図。（図＝ポステック）
今回の研究は、科学技術情報通信部の「基礎研究事業（優秀新進研究および先導研究センター）」とサムスン「未来技術育成事業」の一環として遂行されました。
キム・ギョンファン教授は「今回の研究成果は水の新しい性質を発見したものです。短期的には液体-液体臨界点の位置を正確に特定すること、長期的にはタンパク質と水などの相互作用を精密に究明する研究を進める計画です」と述べました。
科学技術界は30年前、水の特異な性質が現れる原因が低密度と高密度の水にあると規定し、これら二つの状態が区別されない「液体-液体臨界点」が存在するという仮説を提唱しました。彼らはコンピューターシミュレーションを通じて、「液体-液体臨界点」が高い圧力状態でマイナス60度付近に存在すると予想しました。しかし、マイナス40度以下では水が非常に速い時間で凍結するため、マイナス60度の液体水を研究することは不可能でした。
キム・ギョンファン教授は「誰も実験で『液体-液体臨界点』の存在を確認できなかったため、30年間科学技術界の論争の的でした」と説明しました。
研究チームはまず、赤外線レーザーで高圧下で製造された非晶質氷を溶かし、マイナス70度からマイナス60度でも液体の状態で存在する水を作り出しました。しかし、このように作られた水はおよそ1万分の1秒で凍結してしまい、その構造を詳しく調べることは困難でした。
ユ・ソンジュ修士・博士統合課程学生は「この水分子を観察するためには特別な方法が必要でした。太陽の10京倍も明るい光を提供し、10兆分の1秒で分子の動きを測定できるX線自由電子レーザー（XFEL）から出る強力なX線を利用しました」と語りました。
研究チームはこの観察を通じて、温度が低い時には低密度と高密度の二種類の液体水が区別されて存在するが、マイナス60度付近では「液体-液体臨界点」が存在し、低密度と高密度が混ざり合って互いに区別されない通常の水が生成されることを初めて証明しました。
ユ・ソンジュ修士・博士統合課程学生は「従来は非晶質氷を加熱する方法でマイナス70度まで凍らない状態の水しか作れなかったため、二種類の液体水が区別されることしか観測できませんでした。しかし、私たちは二種類の赤外線レーザーを同時に使用する方法で、マイナス60度付近まで非晶質氷を加熱し、液体水を得ることに成功しました」と補足説明しました。
ポステックのキム・ギョンファン教授（左）とユ・ソンジュ修士・博士統合課程学生。（写真＝ポステック）
キム・ギョンファン教授は「水の特別な性質と『液体-液体臨界点』を巡る長年の学術論争がついに決着しました。新しい臨界点の存在と位置を考慮し、今後作られるより正確な水の状態方程式は、水の物理的特性が関与する数多くの基礎および実用研究の正確性を向上させる上で重要な役割を果たすでしょう」と予測しました。
ク・ヒョクチェ科学技術情報通信部第1次官は「キム・ギョンファン教授は2019年から科学技術情報通信部の優秀新進研究課題を遂行し、水分野で卓越した能力を証明してきた研究者です。今後も新進研究者が安定した環境で研究に没頭し、世界的碩学に成長できるよう支援体制を強化していくつもりです」と述べました。
引用元記事:https://n.news.naver.com/article/092/0002416363
