(Aaron Burdern / Unsplash)

Szansa na śnieżkę: do schłodzenia ciemnej materii można wykorzystać przechłodzoną wodę

Po niezwykłych inspiracjach w postaci psikusów z YouTube'a i filmu Disneya „Kraina lodu” badacze odkryli ukrytą właściwość przechłodzonej wody, która może pomóc w poszukiwaniu ciemnej materii

Po obejrzeniu filmów na YouTube o ludziach przechładzających wodę w butelce, a następnie powodujących jej zamrożenie przez uderzenie, coś w tej koncepcji utrwaliło się dla Matthew M. Szydagisa - asystenta profesora fizyki na Uniwersytecie w Albany, State University w Nowym Jorku - szczególnie kiedy zobaczył to ponownie podczas filmu Disneya „Kraina lodu”.

Podczas kwietniowego spotkania Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego 2019 w Denver - Szydagis opisuje, jak zainspirowało go to do zbadania, czy cząsteczka subatomowa, taka jak ciemna materia, może wywołać zamarzanie przechłodzonej wody.

Mówi: „Całą moją pracę motywuje poszukiwanie ciemnej materii, pewnej formy materii, która z pewnością istnieje, ponieważ możemy zaobserwować jej pośrednie skutki grawitacyjne.

„Stanowi znaczną część wszechświata, ale musimy jeszcze odkryć bezpośrednie, jednoznaczne i jednoznaczne dowody na to w laboratorium”.

Jeśli woda ma mało zanieczyszczeń, takich jak cząstki pyłu - i umieszczona w wystarczająco gładkim pojemniku, można ją schłodzić poniżej 0 ° C bez zamrażania.

Szydagis wyjaśnia: „Nazywa się to„ przechłodzeniem ”i jest podobne do tego, jak łatwo można przegrzać wodę w kuchence mikrofalowej, zasadniczo podgrzanej powyżej jej temperatury wrzenia bez faktycznego wrzenia. To po prostu odwrotność.

„W obu przypadkach woda kończy się w stanie znanym jako„ metastabilność ”, ani niestabilna, ani dość stabilna.”

Zakłócenie może w tym przypadku wywołać przejście fazowe, zamrażanie i krystalizację. Dodaje: „To nie jest zwykłe zamarzanie i tworzy biały śnieg zamiast czystego lodu.

„Schłodziliśmy płynną wodę do temperatury nawet -20 ° C w naszym laboratorium bez jej zamarzania. To nie to samo, co obniżenie punktu zamarzania, jak na przykład podczas solenia chodnika, ponieważ woda była czysta i celowo nie była zanieczyszczona zanieczyszczeniami. ”

Grupa wykazała, że ​​pewne formy cząstek uderzające w wodę mogą mikroskopowo (subatomowo) powodować zamarzanie, jeśli najpierw będzie przechłodzone. Szydagis kontynuuje: „Niektóre cząstki, takie jak neutrony, mogą nawet rozproszyć się wiele razy w wodzie.

„Byliśmy w stanie to pokazać nie tylko za pomocą dostępnych w handlu źródeł cząstek, ale także„ radioaktywnej czerwonej ”płytki Fiestaware z pomarańczową farbą na bazie uranu z lat 50.”

Stworzyli nowy detektor oparty na przechłodzonej wodzie, nazwany „komorą śnieżki”, ponieważ dobrze pasuje do komór „bąbelkowych” i „chmurowych”, które są technologiami od początku do połowy XX wieku, które wykorzystują gotowanie i kondensację.

Woda przechłodzona z pewnością nie jest nowa; jest badany przez wiele dziesięcioleci przez chemików i fizyków materii skondensowanej, aż do -40 C. Istnieją nawet publikacje na jego temat sprzed ponad 100 lat. Ale Szydagis odkrył coś nowego.

„Udało nam się odkryć nową właściwość przechłodzonej wody.

„Ku naszemu wielkiemu zaskoczeniu odkryliśmy, że niektóre cząstki (neutrony), ale nie inne (promienie gamma), wyzwalają zamrażanie. Ponieważ jest to podstawowe badanie, którego nigdy wcześniej nie przeprowadzono, nie było żadnej gwarancji, że zadziała. Było to podejście „spróbujmy i zobaczmy” - metoda naukowa w najbardziej podstawowej formie. Mamy nie tylko nowy detektor cząstek podstawowych, ale potencjalnie ciemnej materii, ponieważ uważa się, że neutrony ją naśladują. ”

Szydagis i jego zespół przewidują wiele innych potencjalnych implikacji dla ich odkrycia, w tym wykrywanie broni nuklearnej w ładunku dla bezpieczeństwa wewnętrznego, zrozumienie tworzenia się chmur i dostarczanie wskazówek, w jaki sposób niektóre gatunki ssaków hibernują, jakoś chłodzi ich krew.

Oryginalne badanie: https://arxiv.org/pdf/1807.09253.pdf.

Opublikowano również w Scisco Media