물이 다른 액체와 달리 섭씨 4도에서 가장 무거워지는 이유를 국내 연구진이 10년여에 걸친 연구 끝에 밝혀냈다.

100만분의 1초만 존재하는 극미량의 과냉각 물을 관측해 물이 실제로는 저밀도 물과 고밀도 물이 섞여 있으며, 4도 아래에서 저밀도 물 비중이 높아진단 가설을 증명한 것이다.

저밀도 물과 고밀도 물 비율에 의해 4도시에서 가장 높아지는 물의 밀도

이를 설명하기 위해 약 30년 전 과학자들은 물이 고밀도 물과 저밀도 물이라는 두 종류의 액체상(相, 일정한 물리적 성질을 가지는 균일한 물질계)으로 공존한다는 가설을 제시했다.

아주 낮은 온도에서는 두 종류의 물이 구분되지만, 특정 온도(임계점)에 도달하면 둘 사이 구분이 사라진 '초임계' 상태가 돼 일상에서는 둘이 섞인 상태로 존재한다는 것이다.

높은 온도에서는 고밀도 물, 낮은 온도에서는 저밀도 물로 더 많이 존재하고, 4도에서 급격히 저밀도 물의 비율이 늘어나면서 밀도가 다시 줄어드는 것으로 설명할 수 있다.


2017년 4세대 가속기 가동 당시 첫 실험자로 선정돼 진행한 실험에서 김 교수팀은 영하 45도 이하 얼지 않은 물을 측정할 수 있음을 처음 밝혀내 사이언스에 발표했다.

이어 2020년에는 영하 70도에서 실제 물이 두 종류 액체상으로 존재하는 것을 확인해 다시 사이언스에 발표했다.

이후 6년간에 걸쳐 영하 50도에서 70도 사이를 뒤져 임계점이라는 단 하나의 점이 영하 60도 부근에 있다는 것을 처음으로 관측해낸 것이다.

https://www.yna.co.kr/view/AKR20260326143700017

물은 너무 신기한 물질이야