AI hjälper till att lösa vattnets frysmysterium

Forskare vid Osaka University har utnyttjat artificiell intelligens (AI) för att lösa ett århundrade gammalt mysterium: varför vatten expanderar när det fryser. Teamet utvärderade systematiskt 16 olika metoder för att beskriva vattnets molekylära struktur under varierande temperaturer och tryck.

Med hjälp av en AI-modell kunde forskarna identifiera det mest exakta sättet att fånga vattnets mikroskopiska förändringar. Detta genombrott erbjuder ett enhetligt vetenskapligt ramverk för att förstå vattnets ovanliga egenskaper, såsom dess expansion vid frysning och beteendet hos underkyld vatten.

Trots att vatten är den vanligaste vätskan på jorden beter den sig ovanligt när den fryser, till skillnad från de flesta andra ämnen. Tidigare teorier har kopplat dessa fenomen till vattnets mikroskopiska struktur, som förändras med temperatur och tryck. Bristen på en systematisk beskrivningsmetod har dock försvårat en djupare förståelse.

Studien, ledd av biträdande professor Kang Kim, jämförde i detalj olika beskrivningsmetoder för molekylär struktur med hjälp av AI. Detta möjliggjorde förståelse av den lokala ordningen i vattnet och klarlade utvecklingen av dess konkurrerande flytande tillstånd.

Resultaten bidrar till att förklara hur vattenmolekyler organiserar sig i en kristallin struktur vid frysning. Dessutom belyser studien beteendet hos underkyld vatten, där hög- och lågtäta flytande strukturer konkurrerar, vilket påverkar vattnets ovanliga fysikaliska egenskaper.