В ходе предварительного исследования Ивао Омине и его коллегам из университета Нагоя удалось установить, что первым шагом в формировании льда является спонтанное появление нескольких долгоживущих водородных связей между молекулами воды в одном месте. Это ядро медленно изменяет форму и размер пока в системе не распространятся более стабильные связи, превращая жидкость в лед. Проведя расчеты изменений в ориентации молекул воды, исходя из данных о силах, действующих между ними, на материале 512 молекул воды, ученые получили модель процесса перехода воды из жидкого состояния в твердое.

Процесс отвердевания жидкости называется фазовым переходом. При высоких температурах термическая энергия заставляет отдельные молекулы и атомы двигаться. При снижении температуры, эта энергия уменьшается, поэтому молекулы и атомы движутся все меньше. В точке замерзания взаимодействие между молекулами и атомами оказывается больше, чем термальная энергия. Поэтому самым стабильным состоянием оказывается твердое, имеющее регулярную кристаллическую структуру. В простых жидкостях (расплавленные металлы или соли) этот переход происходит постепенно. В воде же молекулы претерпевают длительные перемещения, прежде чем образуется твердое вещество.

Основная проблема состоит в том, что молекулы воды склонны к кратковременным, зависящим от ориентации взаимодействиям со своими соседями, сообщает KMnews.ru. А значит, вода в жидком состоянии может создавать множество различных микроскопических структур, разделяемых лишь небольшими энергетическими барьерами. Она может перемещаться между ними, не достигая конфигурации, вызывающей формирование твердого льда. Это поведение объясняет "сверхохлаждение" – склонность воды оставаться жидкой, даже будучи охлажденной до температуры ниже точки замерзания.