(Aaron Burdern / Unsplash)

En snebolds chance: Superkølet vand kunne bruges til at søge efter mørkt stof

Efter usædvanlig inspiration i form af youtube pranks og Disney-filmen 'Frozen' har forskere opdaget en skjult egenskab med superkølet vand, som kan hjælpe med at søge efter mørkt stof

Efter at have set YouTube-videoer af mennesker, der superkøler vand i en flaske og derefter udløste det til at fryse ved at slå det, stivede noget ved dette koncept for Matthew M. Szydagis - en adjunkt i fysik ved universitetet i Albany, State University i New York - især da han så den igen under Disney-filmen "Frozen."

I løbet af American Physical Society i April, aprilmøde i 2019, der blev afholdt i Denver - beskriver Szydagis, hvordan dette inspirerede ham til at undersøge, om en subatomær partikel som mørk stof kan udløse frysning af superkølet vand.

Han siger: ”Alt mit arbejde er motiveret af søgen efter mørk stof, en form for stof, som vi er sikre på, at der erude, fordi vi kan observere dets indirekte tyngdekraftseffekter.

”Det udgør en betydelig del af universet, men vi har endnu ikke afsløret direkte, konkluderende og utvetydige bevis for det inden for laboratoriet.”

Hvis vand er lavt i urenheder, såsom støvpartikler - og anbringes i en glat nok beholder, kan det afkøles under 0 ° C uden frysning.

Szydagis forklarer: ”Dette kaldes 'superafkøling' og ligner, hvordan vand let kan overopvarmes i mikrobølgeovnen, som i det væsentlige opvarmes over dets kogepunkt uden faktisk at koge. Det er simpelthen det modsatte.

"Vandet ender i begge disse tilfælde i en tilstand, der er kendt som 'metastabilitet', hverken ustabil eller ganske stabil."

En forstyrrelse kan i dette tilfælde udløse faseovergangen, frysning og krystallisation. Han tilføjer: ”Dette er ikke almindelig frysning, og det danner hvid sne i stedet for klar is.

”Vi afkølet flydende vand til så koldt som -20 C i vores laboratorium uden at det fryser. Det er ikke det samme som frysepunktdepression, ligesom når du salter din fortov, fordi vandet var rent og ikke forurenet med urenheder med vilje. ”

Gruppen demonstrerede, at visse former for partikler, der rammer vandet, mikroskopisk (subatomisk) kan få det til at fryse, hvis det først superkøles. Szydagis fortsætter: ”Nogle partikler som neutroner kan endda sprede sig flere gange i vandet.

”Vi var i stand til at vise dette ikke kun med kommercielt tilgængelige partikler, men også en Fiestaware 'radioaktiv rød' plade med orange uranbaseret maling fra 1950'erne.”

De skabte en ny detektor baseret på det afkølede vand, kaldet ”sneboldkammeret”, fordi det stemmer godt overens med “boble” og “sky” kamre, som er teknologier fra det tidlige til midten af ​​det 20. århundrede, der bruger kogning og kondens.

Superkølet vand er bestemt ikke nyt; det er blevet undersøgt i adskillige årtier af kemikere og fysikere i kondenseret stof, ned til -40 C. Der er endda publikationer om det, der går tilbage til mere end 100 år gammel. Men Szydagis opdagede noget nyt.

”Det lykkedes os at opdage en ny egenskab med superkølet vand.

”Til vores store overraskelse fandt vi, at nogle partikler (neutroner) men ikke andre (gammastråler) udløser frysning. Da dette er grundlæggende forskning, der aldrig er blevet udført før, var der ingen garanti for, at det ville fungere. Det var en 'lad os prøve det og se' tilgang - den videnskabelige metode i dens mest basale form. Ikke kun har vi en ny detektor af grundlæggende partikler, men potentielt af mørkt stof, fordi neutroner menes at efterligne den. ”

Szydagis og hans team ser for sig adskillige andre potentielle konsekvenser for deres opdagelse, herunder afsløring af nukleare våben i last for sikkerhed i hjemlandet, forståelse af skydannelse og give ledetråde til, hvordan visse pattedyrarter dvaler, superkøler deres blod på en eller anden måde.

Original forskning: https://arxiv.org/pdf/1807.09253.pdf.

Også offentliggjort på Scisco Media