Science：物理学家新发现——氢键的秘密
感觉量子世界离你的日常生活很远吗？以下这些事情可以让量子世界进入你的生活。拿一枚硬币，放到缓慢滴嗒的水滴下。或者用吸管，或者用水龙头。如果尝试次数足够多，你最终能让硬币上的水珠变成膨大的一整滴。据一项新的研究表明，水滴聚合在一起的部分原因是水分子像量子隧穿效应的小齿轮一般。
水分子由一个大的氧原子和两个小的氢原子组成，周围有电子围绕。平均来看，电子围绕氧原子的时间多于围绕氢原子的时间，因此氧原子更倾向于带负电，而氢原子倾向于带正点。
如果把两个水分子相互接近，水分子1的氧原子倾向于吸引水分子2的氢原子，这两个原子最终会靠得很近。当把一大堆水分子放在一起，它们也会这么相互排列--一分子的氧原子靠近旁边另一分子的氢原子。
然后，因为分子们总在周围跳动，他们偶尔会从一个'邻居'旁换到另一个'邻居'旁--好像水分子是喜欢换舞伴的舞者。整个吸引和交换舞伴的过程就是氢键，它也是表面张力--水分子聚集在一起而不分开蔓延的根本原因，所以水滴可以变得如此大。
但这个解释有几个漏洞。如果所有水分子组成一群，一个分子如何能更换舞伴而不干扰整个舞蹈？如果它们没有足够频率的跳动以持续更换舞伴会发生什么？水滴会分解吗？
这些问题由英国剑桥大学物理学家们通过六个水分子的超冷排列得以解答。他们观察当其中一个分子更换舞伴时会发生什么，发现更换舞伴的不止一个分子。分子总是成双成对，像连动齿轮。当一个水分子改变时，它释放了一个能被另一个水分子使用的氢键，不会出现'无舞伴期'。他们还发现，实验中这几个水分子跳动不足，无法自己更换舞伴，所以研究小组转而模拟，来看这些'齿轮'如何工作。
所有量子粒子没有明确的位置。它们的位置实际上是一种在空间中的分布：它们在你期待它们在的位置，但它们也可能在任何位置，即使它们可能没有足够能量跑到那里去。就好像你往墙上扔球，球并没有反弹向你，而是在不破坏墙的情况下穿过了墙。球好像有一个连接你和墙另外一边的通道。
研究结果刊登在这周发表的Science杂志中。水分子跳动不足以更换舞伴，所以它们依靠量子隧穿效应来给分子运动上发条。它们并不是真正换舞伴，只是靠近新舞伴，迅速再换。在齿轮中一起工作的两分子协作共同使用量子隧道，因此水分子从没缺少舞伴。
