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、Crish 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，，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——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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