ماء يبقى سائلاً تحت نقطة تجمده حتى يتم إزعاجه، ثم يتجمد بسرعة.الماء فائق التبريد هو ماء سائل تم تبريده إلى ما دون نقطة تجمده الطبيعية البالغة 0 درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت) دون أن يتحول إلى جليد. هذه حالة شبه مستقرة: الماء يكون على حافة التجمد، لكن طالما لم يتم إزعاجه أو تلويثه بشوائب، يمكن أن يظل سائلاً عند درجات حرارة منخفضة تصل إلى -40 درجة مئوية أو حتى أقل. تحدث هذه الظاهرة لأن التجمد يتطلب نواة تكاثف — بذرة صغيرة من بلورة الجليد لبدء العملية. بدون هذه البذرة، تفتقر جزيئات الماء إلى قالب لترتيب نفسها في بنية بلورية، لذا تستمر في التحرك بشكل عشوائي في الحالة السائلة على الرغم من انخفاض درجة الحرارة.
تمت دراسة هذه الظاهرة لأول مرة بشكل منهجي في القرن الثامن عشر، حيث أظهرت تجارب مبكرة أجراها يوهان هاينريش لامبرت وآخرون أن الماء يمكن تبريده إلى ما دون نقطة التجمد دون أن يتجمد. صيغ مصطلح 'التبريد الفائق' لاحقًا، وتم تطوير الفهم الحديث للتكوين النووي في القرن العشرين من خلال أعمال فيزيائيين مثل ريتشارد بيكر وفيرنر دورينغ.
عندما يبرد الماء إلى ما دون 0 درجة مئوية، تتباطأ الجزيئات وتبدأ روابطها الهيدروجينية في الاصطفاف لتشكل شبكة رباعية السطوح، وهي بنية الجليد. ومع ذلك، فإن هذا الاصطفاف هو عملية تعاونية تحتاج إلى نقطة بداية. في الماء النقي، يمكن للتقلبات الحرارية العشوائية أن تخلق أحيانًا تجمعًا صغيرًا من بنية شبيهة بالجليد، لكن إذا كان التجمّع صغيرًا جدًا، فإنه يذوب مرة أخرى. فقط عندما يصل التجمّع إلى حجم حرج — عادة بضع مئات من الجزيئات — يصبح مستقرًا وينمو ليشكل جليدًا. من غير المرجح أن تتشكل هذه النواة الحرجة تلقائيًا في الماء النقي الهادئ، لذا يظل الماء سائلاً. إزعاج الماء، مثل رجه أو إسقاط بلورة جليدية صغيرة فيه، يوفر موقع التكوين النووي اللازم، مما يؤدي إلى تجمد سريع في جميع أنحاء الحجم.
يُستخدم التبريد الفائق في تقنيات الحفظ بالتبريد لحماية الخلايا البيولوجية من أضرار الجليد أثناء التجميد، وكذلك في أبحاث استمطار السحب لفهم كيفية تشكل الجليد في الغلاف الجوي.
يمكن لقطرة ماء فائقة التبريد أن تتجمد بشكل شبه فوري عند لمسها ببلورة جليدية واحدة، مما يشكل 'سنبلة جليدية' مثيرة بينما تتسابق جبهة التجميد عبر السائل.
