(Aaron Burdern / Unsplash)

Μια πιθανότητα χιονοστιβάδας: Το ψυγμένο νερό θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την αναζήτηση σκοτεινής ύλης

Μετά από ασυνήθιστη έμπνευση με τη μορφή φάρσες youtube και την ταινία Disney, "Frozen", οι ερευνητές ανακάλυψαν μια κρυφή ιδιότητα του υπερψυκμένου νερού που μπορεί να βοηθήσει στην αναζήτηση σκοτεινής ύλης

Αφού παρακολούθησε βίντεο στο YouTube από άτομα που ψύχουν το νερό σε ένα μπουκάλι και στη συνέχεια ενεργοποίησαν το πάγωμα χτυπώντας το, κάτι για αυτήν την ιδέα ενισχύθηκε για τον Matthew M. Szydagis - βοηθό καθηγητή φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Albany, State University στη Νέα Υόρκη - ειδικά όταν το είδε ξανά κατά τη διάρκεια της ταινίας Disney "Frozen".

Κατά τη διάρκεια της Αμερικανικής Φυσικής Εταιρείας του 2019, η Συνάντηση του Απριλίου που πραγματοποιήθηκε στο Ντένβερ - ο Szydagis περιγράφει πώς αυτό τον ενέπνευσε να διερευνήσει εάν ένα υποατομικό σωματίδιο όπως η σκοτεινή ύλη μπορεί να προκαλέσει την κατάψυξη του υπερψυκμένου νερού.

Λέει: «Όλη η δουλειά μου βασίζεται στην αναζήτηση της σκοτεινής ύλης, μια μορφή ύλης που είμαστε βέβαιοι ότι είναι εκεί έξω γιατί μπορούμε να παρατηρήσουμε τις έμμεσες βαρυτικές επιπτώσεις της.

«Αποτελεί ένα σημαντικό κλάσμα του σύμπαντος, αλλά δεν έχουμε ακόμη αποκαλύψει άμεσα, πειστικά και ξεκάθαρα στοιχεία για αυτό μέσα στο εργαστήριο».

Εάν το νερό είναι χαμηλό σε ακαθαρσίες, όπως σωματίδια σκόνης - και τοποθετηθεί σε ένα αρκετά ομαλό δοχείο, μπορεί να ψυχθεί κάτω από τους 0C χωρίς κατάψυξη.

Ο Szydagis εξηγεί: «Αυτό ονομάζεται« υπερψύξη »και μοιάζει με το πώς το νερό μπορεί να υπερθερμαίνεται εύκολα στο φούρνο μικροκυμάτων, ουσιαστικά θερμαίνεται πάνω από το σημείο βρασμού του χωρίς να βράζει. Είναι απλά το αντίθετο.

"Το νερό καταλήγει, σε οποιαδήποτε από αυτές τις περιπτώσεις, σε μια κατάσταση γνωστή ως" μεταστασιμότητα ", ούτε ασταθής ούτε αρκετά σταθερή."

Μια διαταραχή μπορεί να προκαλέσει τη μετάβαση φάσης, την κατάψυξη και την κρυστάλλωση, σε αυτήν την περίπτωση. Προσθέτει: «Αυτό δεν είναι συνηθισμένο πάγωμα και σχηματίζει λευκό χιόνι αντί καθαρού πάγου.

«Ψύξαμε υγρό νερό στους -20 C στο εργαστήριό μας χωρίς να παγώσει. Δεν είναι το ίδιο με την κατάθλιψη του σημείου πήξης, όπως όταν αλατίζετε το πεζοδρόμιο, επειδή το νερό ήταν καθαρό και όχι μολυσμένο με ακαθαρσίες.

Η ομάδα απέδειξε ότι ορισμένες μορφές σωματιδίων που χτυπούν το νερό μπορεί να προκαλέσουν μικροσκοπικό (υποατομικά) το πάγωμα εάν πρώτα ψύχεται. Ο Szydagis συνεχίζει: «Ορισμένα σωματίδια όπως τα νετρόνια μπορούν ακόμη και να διασκορπιστούν πολλές φορές μέσα στο νερό.

«Καταφέραμε να το δείξουμε όχι μόνο με εμπορικά διαθέσιμες πηγές σωματιδίων, αλλά και με μια πλάκα« ραδιενεργού κόκκινου »Fiestaware με πορτοκαλί χρώμα με βάση το ουράνιο από τη δεκαετία του 1950».

Δημιούργησαν έναν νέο ανιχνευτή που βασίζεται στο υπερψυκτικό νερό, που ονομάζεται «θάλαμος χιονόμπαλας» επειδή ταιριάζει καλά με τους θαλάμους «φούσκα» και «σύννεφο», οι οποίες είναι τεχνολογίες από τις αρχές έως τα μέσα του 20ού αιώνα που χρησιμοποιούν βρασμό και συμπύκνωση.

Το υπερψυκτικό νερό σίγουρα δεν είναι καινούργιο. Έχει μελετηθεί για πολλές δεκαετίες από φυσικούς και φυσικούς συμπυκνωμένης ύλης, έως τους -40 C. Υπάρχουν ακόμη δημοσιεύσεις για αυτό που χρονολογούνται πάνω από 100 ετών. Όμως ο Σζιδάγης ανακάλυψε κάτι νέο.

«Καταφέραμε να ανακαλύψουμε μια νέα ιδιότητα του υπερψυκμένου νερού.

«Προς μεγάλη μας έκπληξη, διαπιστώσαμε ότι ορισμένα σωματίδια (νετρόνια) αλλά όχι άλλα (ακτίνες γάμμα) προκαλούν το πάγωμα. Δεδομένου ότι πρόκειται για βασική έρευνα που δεν έχει γίνει ποτέ πριν, δεν υπήρχε καμία εγγύηση ότι θα λειτουργούσε. Ήταν μια προσέγγιση «ας το δοκιμάσουμε και να δούμε» - η επιστημονική μέθοδος στην πιο βασική της μορφή. Όχι μόνο έχουμε έναν νέο ανιχνευτή θεμελιωδών σωματιδίων, αλλά ενδεχομένως της σκοτεινής ύλης, επειδή τα νετρόνια πιστεύεται ότι το μιμούνται. "

Ο Szydagis και η ομάδα του οραματίζονται πολλές άλλες πιθανές συνέπειες για την ανακάλυψή τους, συμπεριλαμβανομένης της ανίχνευσης πυρηνικών όπλων στο φορτίο για την ασφάλεια της πατρίδας, της κατανόησης του σχηματισμού σύννεφων και της παροχής ενδείξεων για το πώς ορισμένα είδη θηλαστικών αδρανοποιούνται, κάνοντας κατάψυξη το αίμα τους.

Πρωτότυπη έρευνα: https://arxiv.org/pdf/1807.09253.pdf.

Επίσης δημοσιεύθηκε στο Scisco Media