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通过用X射线激光脉冲轰击微小的水滴，科学家们首次窥见了超冷水在零下41摄氏度以下难以到达的“无人区”中的行为。理解低于其正常冰点0摄氏度的水一直是一个挑战，因为它必须极其小心地处理才能保持液态。由此产生的见解可能有助于解决物理学家之间关于水的基本特性的争论，包括它是否可以呈现出除固态、液态和气态这三种标准状态之外的第四种状态。
水的特性与其他几乎任何液体都不同，例如，它在冻结时会膨胀而不是收缩，而且随着温度降低，它会变得更加奇怪。事实上，斯坦福大学光子科学家安德斯·尼尔森（Anders Nilsson）说，水的怪异之处在地球上适合大多数生命生存的较温暖温度下就开始了，他是描述这种奇怪水的新论文的资深作者。“我们想进入过冷状态，”他说，“因为在这种非常奇怪的行为中，一切都被放大了，我们需要理解这种奇怪行为的根源。”
物理学家以前也制造过超冷水，但从未达到如此低的温度，也从未持续足够长的时间来对其进行仔细研究。为了实现这一飞跃，尼尔森的团队必须行动非常迅速。利用斯坦福大学的SLAC国家加速器实验室，他们将微小的水滴（每个都像人的头发一样宽）射入真空室，这些水滴开始以每秒约10万摄氏度的速度蒸发并冷却。然后，该团队用X射线激光的脉冲在中空中轰击这些超冷液滴。当X射线穿过水时，它们会散射，从而描绘出水分子结构的详细图像。整个过程每个液滴仅需几毫秒，但这足以让尼尔森的团队在它们凝固成冰之前观察到它们。该实验的详细信息发表在6月19日的《自然》杂志上（《大众科学》是自然出版集团的一部分）。
这种超快的X射线技术代表了一项突破。“我认为这太棒了，”普林斯顿大学研究超冷水的教授巴勃罗·G·德贝内德蒂（Pablo G. Debenedetti）说，他与该项目无关。“他们能够扩展可以研究液态水的温度范围。”以前的实验能够研究低至零下41摄氏度的液态水，但新的研究将这个极限推低至零下46摄氏度。希望扩展这个极限将有助于解决关于水在如此寒冷时的行为方式的争论。
这场争论是关于“临界点”的存在：一个特定的温度，低于该温度，水将具有除通常的三种状态（固态、液态和气态）之外的另一种物质相。该理论认为，在临界温度以下，水将具有两种不同的液态物质状态，每种状态都具有不同的物理特性，例如密度和可压缩性。根据环境压力，超冷水可能处于这两种状态中的任何一种。
到目前为止，精密的计算机模型是研究零下41摄氏度以下水的唯一方法，但它们不够精确，无法准确预测真实水的行为。一些模型预测存在临界点，而另一些模型则不预测。这项新技术尚未解决争论，但它应该为研究人员提供所需的实验火力，以一劳永逸地证明临界点是否存在。
答案不仅会教会我们关于超冷水的知识。如果临界点确实存在，它将解释许多关于水在更普通条件下行为方式的知识。尽管室温和压力下的水以单一液态存在，但小分子簇可能会聚集成临时结构，其行为类似于两种超冷液态。“水实际上不知道它想成为什么。它有点像在局部地区在这两者中的任何一个中跳舞，”尼尔森说，“这就是为什么根据该理论，水的行为如此怪异的原因。”