(Aaron Burdern / Unsplash)

Шанс на снежна топка: Супер охладена вода може да се използва за търсене на тъмна материя

След необичайно вдъхновение под формата на свалки от YouTube и филма на Дисни „Замръзнал“, изследователите откриха скрито свойство на преохладена вода, което може да помогне в търсенето на тъмна материя

След като гледах видеоклипове в YouTube на хора, които преохлаждаха вода в бутилка и след това я задействаха да замръзне, като я удари, нещо за тази концепция се втвърди за Матю М. Шидагис - доцент по физика в университета в Олбани, Държавния университет в Ню Йорк - особено когато го видя отново по време на филма на Дисни „Замръзнал“.

По време на Американското физическо общество през 2019 г., Априлската среща, проведена в Денвър - Szydagis описва как това го вдъхнови да проучи дали субатомна частица като тъмна материя може да предизвика замръзването на преохладена вода.

Той казва: „Цялата ми работа е мотивирана от търсенето на тъмна материя, форма, за която сме сигурни, че е там, защото можем да наблюдаваме нейните косвени гравитационни ефекти.

„Той представлява значителна част от Вселената, но тепърва ще откриваме преки, категорични и недвусмислени доказателства за това в лабораторията.“

Ако водата е с ниско съдържание на примеси, като прахови частици - и поставена в достатъчно гладък съд, тя може да бъде охладена под 0 ° С, без да замръзва.

Szydagis обяснява: „Това се нарича„ преохлаждане “и е подобно на това как водата може да се прегрява лесно в микровълновата печка, по същество се нагрява над точката на кипене, без всъщност да кипне. Това е просто обратното.

"Водата се озовава в двата от тези случаи в състояние, известно като" метастабилност ", нито нестабилно, нито доста стабилно."

Едно смущение може да предизвика фазов преход, замръзване и кристализация в този случай. Той добавя: „Това не е обикновено замръзване и образува бял сняг вместо бистър лед.

„Охладихме течната вода до толкова студена, колкото -20 C в нашата лаборатория, без тя да замръзне. Това не е същото като депресията при замръзване, както когато солите тротоара си, защото водата е чиста и нарочно не е замърсена с примеси. "

Групата демонстрира, че някои форми на частици, удрящи водата, могат микроскопично (субатомно) да причинят замръзването й, ако първо е охладено. Szydagis продължава: „Някои частици като неутрони могат дори да се разпръснат многократно във водата.

„Успяхме да покажем това не само с налични в търговската мрежа източници на частици, но и с„ радиоактивно червена “плоча Fiestaware с оранжева боя на уран от 50-те години на миналия век.“

Те създадоха нов детектор на базата на преохладена вода, наречена „камера за снежна топка“, тъй като тя съвпада добре с камерите „балончета“ и „облаци“, които са технологии от началото до средата на 20 век, които използват кипене и кондензация.

Преохладената вода със сигурност не е нова; той е изучаван в продължение на много десетилетия от химици и физици с кондензирано вещество, до -40 С. Има дори публикации за него, датирани на повече от 100 години. Но Шидагис откри нещо ново.

„Успяхме да открием ново свойство на преохладена вода.

„За наша голяма изненада открихме, че някои частици (неутрони), но не други (гама лъчи) предизвикват замръзване. Тъй като това е основно проучване, което никога не е правено досега, нямаше гаранция, че ще работи. Това беше подход „нека опитаме и да видим“ - научният метод в най-основната му форма. Не само че имаме нов детектор на основни частици, но и потенциално на тъмна материя, защото се смята, че неутроните го емулират. "

Шзидагис и неговият екип предвиждат множество други потенциални последици за тяхното откриване, включително откриване на ядрени оръжия в товари за сигурността на родината, разбиране на образуването на облаци и предоставяне на улики за това как някои видове бозайници зимуват, преохлаждайки по някакъв начин кръвта си.

Оригинално изследване: https://arxiv.org/pdf/1807.09253.pdf.

Публикувана също в Scisco Media