▲ 사진=픽사베이

과학기술정보통신부는 포항공과대학교 김경환 교수 연구팀이 스톡홀름대학교와 공동으로 물의 ‘액체-액체 임계점’을 세계 최초로 관측했다고 27일 밝혔다.

일반적인 액체는 얼기 직전까지 온도가 낮아지면 무거워지지만, 물은 4도에서 가장 무거워졌다가 그보다 차가워지면 오히려 가벼워지는 특성을 지닌다. 이 때문에 겨울에도 강이나 호수의 표면만 얼고, 아래쪽에는 액체 상태의 물이 남는다.

과학자들은 이 현상을 설명하기 위해 ‘액체-액체 임계점’ 가설을 제시해 왔다. 물은 고밀도 상태와 저밀도 상태, 두 가지 액체 형태가 공존하다가 특정 온도에서 경계가 사라진다는 내용이다. 기존 학계에서는 이 임계점이 영하 40도에서 영하 70도 사이 극저온 영역에서 존재할 것으로 예상했다.

그러나 물은 영하 40도 이하에서 급격히 얼어 실험적 확인이 어려웠다. 연구팀은 영하 70도에서도 얼지 않는 과냉각수를 만들고, 10조분의 1초 단위로 분자의 움직임을 측정할 수 있는 X선 자유전자레이저를 활용해 실험을 진행했다.

그 결과, ‘액체-액체 임계점’이 영하 60도 부근에 존재한다는 사실을 세계 최초로 확인했다.

이번 연구 성과는 세계 최고 권위 학술지인 사이언스(Science)에 27일 게재됐다.