这是一个酝酿了百年的教科书时刻：超过200年后，科学家开始研究水分子如何导电，一个团队队终于亲眼目睹了第一手发生的一切。
大部分自然水的导电性能非常的好，这一点都不惊讶，这是我们大多数人从小学就被教的事实。但是，尽管这个过程是如何的基本，没有人能找出它实际上在原子等级里是如何发生的。
团队成员之一来自华盛顿大学的Anne McCoy说，“在化学和生物学的基本过程都没有一个坚定的解释，现在我们找到了可以给我们更完整图片的那一块拼图，质子在本质上是如何在水中移动。”
由耶鲁大学Mark Johnson带领的研究人员，能够亲眼目睹水分子传递质子(带正电荷的亚原子粒子)，用光谱看，一个能让研究人员向分子射光线的过程，看看里面发生了什么事。
有趣的是，虽然在你周围的世界所看到的水是一个很好的导电体，然而在实验室很外少见的完全纯净的水，实际上并不导电，因为它们缺乏自由电子(free electron)。
但是，在自然界中，几乎所有的水会与沉澱物和矿物质混合，其中的离子化水分子能允许它们导电。
到现在为止，所有的研究人员真的知道的过程只有，H2O会从分子的氧原子中在分子之间传递质子，有点像一个分子接力赛。
这个过程称为格罗特斯机制(Grotthuss mechanism)，由化学家西奥多·格罗特斯(Theodor Grotthuss)在1806年第一次被描述。
Johnson说，“氧原子几乎不太需要移动，这是一种类似牛顿摇篮，一种儿童的玩具，有着一排用绳子悬挂着的钢球。如果你拿起一个球让它打到一整排的球，只有最后一颗球弹开，其他的球将自然的不动。”
从下面的动画，你可以看到关于格罗特斯机制的说明：
但直到最近，这个动画只描述到我们目前知道的细节。虽然研究人员对于这个机制如何在表面上运作有个大致的想法，但是到底这个怎么发生的的确切细节仍然令人陷入沮丧的黑暗。
因此，在过去的200年里，研究人员一直在寻找一个可以实验的方法来看到导电时，水分子结构的变化，一个被证明是非常困难的挑战。
近年来，研究人员一直试图利用红外线扫描来监测这个过程，但结果出来后看上去仍是一张模糊的照片，没有明显的细节。
Johnson解释，“事实上，这个模糊似乎是太严重以致于难让色彩与结构之间有个可以令人说服力的连接。”
为了一劳永逸弄清楚，Johnson和他的团队发现了一种快速冻结这化学过程的方法，所以快照的时刻在这个过程中可以被隔离并及时冻结，使他们可以一探究竟。
他们使用的五个分子的“重水”，用氢的同位素氘所制成的水，然后将分子冷却到接近绝对零度(-273.15摄氏或-459.67华氏)。
当他们这样做，它让所有事物都缓慢下来，突然间质子在动的影像变得比以前清晰许多。
Johnson说，“从本质上讲，我们发现了一种罗塞塔石碑(Rosetta Stone)，可以揭开在颜色里的结构资讯。我们能够揭开一个协调的序列，像电影的每一幕。”
这个新的理解将提供关于水导电的关键见解，一个让我们能活着的现象，也是地球上的很多化学反应的关键。
但它也可以帮助解释其他的奥秘，例如关于水的表面是否比其余部分有更多或更少酸性的长期争论。这种新的成像技术可以一劳永逸地回答这个问题。
它还可以揭开一些其他最近发现关于水奇怪的行为，如第二液相的神秘存在，以及其在纳米碳管里达到沸点时可以结成固体。
团队现在想要用更多的水分子以及其他小分子再次进行实验，来了解导电的变化。
这看起来可能是毫无意义窥看我们已经知道存在有的过程，但这样基础的研究是让我们了解我们周围世界的关键。
毕竟，只有当我们真正知道物质在最小的层面上如何表现，我们才有机会了解宇宙的其余部分的宇宙。尽管如此无处不在的水，仍然是宇宙里一个最古怪的分子。
这篇研究已经发表在Science期刊里。
