在深度的科学探索中，日本理化学研究所与瑞典大学的研究团队携手合作，借助日本X射线自由电子激光设施的强大工具SACLA，成功捕捉到了过冷状态水（H2O）的精细结构。这一突破性的发现，不仅验证了水存在液态到液态相变的临界点，更揭示了水能够在两种液相之间进行转变的可能性。
生命之源——水，对于人类的认知而言依然充满谜团。尽管我们日常生活离不开水，但对于水的理解却仍不全面。水在温度降低时的密度、热容量以及等温压缩率等热力学特性的变化，与其他液体呈现出截然不同的状态，这也引发了科学家们长期的争论和各种假说。其中有一种假说提出，液态水可能存在密度不同的两种相态，并在两者之间不断转换。当水温接近0℃时，其过冷状态下的不稳定性使得状态转变极为迅速，这也导致了验证这一假说的极大困难。
面对这一挑战，联合研究团队巧妙地利用SACLA对过冷状态的水滴进行照射，从而分析了水的内部结构。SACLA的脉冲宽度达到飞秒级别，这一极短的时间尺度使得研究团队能够在水滴结冰之前捕捉到其各个阶段的变化。通过分析被水滴散射的X射线，研究小组获得了水在不同温度下的详细数据，并进一步调查了水冷却过程中等温压缩率的变化情况。令人兴奋的是，研究发现等温压缩率在-44℃时达到最大值，并在低于此温度时发生反转。当水中的氢原子（H）被替换为重氢原子（D）形成重水（D2O）时，等温压缩率的温度点变为-40℃。这些发现均表明，水确实存在液态到液态相变的临界点，而这种相变对原子核的量子效应产生了影响。
这一研究成果为揭示水的固有热力学形态的起源提供了新的视角。相关论文已经发表在《科学》杂志的网络版上，向全世界展示了这一重要的科学突破。