科学家利用激光测量打造最小冰晶

　　水结冰后，分子集群间的距离被拉大。图片来源：Victoria Buch、Cristoph Pradzynski、Udo Buck

　　这听起来也许有些像禅宗心印，但它确是一个严肃的科学问题：制造一个最小的冰晶需要多少个水分子？

　　由于晶体被定义为分子在三维空间呈周期性重复排列的固体，因此，人们未必能够将任何粘连在一起的一小团分子集群称为晶体。

　　而且，这一观点尤其适用于水：当水温降低凝结成冰后，那些将水分子松散地束缚在一起的薄弱氢键会把无秩序的分子集群（图左）间的距离拉扯得更大，最终形成笼子似的排列布局（图右是新分子集群的横断面），但同时也变得更加刚硬。这种宽敞的晶格也是冰的密度之所以比水低的原因——因此冰能够漂浮在水面上。

　　为了计算出形成一个冰晶晶格所需要的最小分子量，一个研究小组用红外线激光器照射了一些能容纳80到500个分子的水分子集群。参与这项研究的科学家特别注意了这些水分子集群从波长在2.63微米到3.57微米间的激光中吸收了多少能量——在这一波长范围内，激光能使水中的氢氧键持续不断地伸展和收缩。

　　该研究小组发现，一个特殊的能量吸收峰值出现在激光波长大约达到3.125微米时——这反映出冰的光谱特性，以及仅出现在包含超过275个水分子的集群中。研究人员将相关研究成果发表在了近期的《科学》杂志网络版上。研究人员指出，这一数量的水分子能够产生一个大小在1毫微米到3毫微米间的微小冰簇——碎冰晶的极限体积
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