日本理化學研究所和瑞典斯德哥爾摩大學的研究小組利用日本X射線自由電子激光設施的激光器SACLA，成功捕捉到過冷狀態水(H2O)的結構，驗證了水存在液—液相變的臨界點，并能在兩種液相間轉變。

生命離不開水，但人們對水的理解尚不完善。水在溫度降低時的密度、熱容量、等溫壓縮率等熱力學的特征變化與其他液體呈相反狀態，由此引發了對水的熱力學特征的長期爭論，出現了各種假說。其中一種假說認為，液態水具有密度不同的兩個相(物態)，并在兩個相之間搖擺。但是水在溫度下降到接近0℃時(過冷狀態)，狀態不穩，會很快結冰，因此迄今為止驗證該假說極為困難。

聯合研究小組利用SACLA對過冷狀態的水滴進行照射，分析了水的結構。SACLA的脈沖寬度為非常短的飛秒級，可以在冷卻水結冰之前對各個時段的變化進行測量。研究小組獲得了水在各種溫度下的數據，通過分析被水滴散射的X射線得到了水的結構，并調查了水冷卻時等溫壓縮率的上升情況。結果發現，等溫壓縮率在-44℃時為最大，低于此溫度時發生反轉;把水中的氫原子(H)置換成重氫原子(D)的重水(D2O)，等溫壓縮率溫度為-40℃。這些發現表明，水存在液—液相變的臨界點，這種相轉移影響原子核的量子效應。

該研究成果闡釋了水的固有熱力學形態的起源，相關論文已發表在《科學》雜志網絡版。