(Аарон Бурдерн / Unsplash)

Шанс снежного кома: переохлажденная вода может быть использована для поиска темной материи

После необычного вдохновения в форме шалостей на YouTube и фильма Диснея «Замороженные» исследователи обнаружили скрытое свойство переохлажденной воды, которое может помочь в поиске темной материи.

После просмотра на YouTube видео людей, которые переохлаждают воду в бутылке, а затем заставляют ее замерзать, ударяя по ней, кое-что об этой концепции укрепилось для Мэтью М. Шидагиса - доцента физики в университете в Олбани, Государственный университет в Нью-Йорке - особенно когда он снова увидел это во время диснеевского фильма «Frozen».

Во время апрельской встречи Американского физического общества в 2019 году, состоявшейся в Денвере, Шидагис рассказывает, как это вдохновило его на исследование того, может ли субатомная частица, подобная темной материи, вызвать замерзание переохлажденной воды.

Он говорит: «Вся моя работа мотивирована поисками темной материи, форма материи, в которой мы уверены, существует, потому что мы можем наблюдать ее косвенные гравитационные эффекты.

«Он составляет значительную часть вселенной, но нам еще предстоит найти прямые, убедительные и однозначные доказательства этого в лаборатории».

Если в воде мало примесей, таких как частицы пыли, и она помещена в достаточно гладкую емкость, ее можно охладить при температуре ниже 0 ° C без замерзания.

Шидагис объясняет: «Это называется« переохлаждением »и похоже на то, как вода может легко перегреваться в микроволновой печи, по существу нагреваясь выше температуры кипения без фактического кипения. Это просто наоборот.

«В любом из этих случаев вода оказывается в состоянии, известном как« метастабильность », ни нестабильным, ни достаточно стабильным».

В этом случае возмущение может вызвать фазовый переход, замерзание и кристаллизацию. Он добавляет: «Это не обычное замерзание, а вместо чистого льда образуется белый снег.

«Мы охлаждали жидкую воду до -20 ° С в нашей лаборатории без замерзания. Это не то же самое, что понижение точки замерзания, например, когда вы солите свой тротуар, потому что вода была чистой и не загрязнена специально. »

Группа продемонстрировала, что определенные формы частиц, попадающих в воду, могут микроскопически (субатомно) вызвать ее замерзание, если она переохлаждена первой. Шидагис продолжает: «Некоторые частицы, такие как нейтроны, могут даже рассеяться в воде несколько раз.

«Мы смогли показать это не только с помощью имеющихся в продаже источников частиц, но и с помощью« радиоактивной красной »пластины Fiestaware с оранжевой краской на основе урана 1950-х годов».

Они создали новый детектор на основе переохлажденной воды, названный «камерой снежного кома», потому что он хорошо сочетается с «пузырьковыми» и «облачными» камерами, которые представляют собой технологии с начала до середины 20-го века, в которых используются кипячение и конденсация.

Переохлажденная вода, конечно, не нова; это изучалось в течение многих десятилетий химиками и физиками конденсированного состояния, вплоть до -40 C. Есть даже публикации о нем, возраст которых превышает 100 лет. Но Шидагис открыл что-то новое.

«Нам удалось открыть новое свойство переохлажденной воды.

«К нашему великому удивлению, мы обнаружили, что некоторые частицы (нейтроны), но не другие (гамма-лучи) вызывают замерзание. Поскольку это фундаментальное исследование, которое никогда не проводилось ранее, не было никакой гарантии, что оно будет работать. Это был подход «давайте попробуем и посмотрим» - научный метод в его самой основной форме. У нас есть не только новый детектор элементарных частиц, но и потенциально темная материя, потому что считается, что нейтроны имитируют его ».

Шидагис и его команда предполагают множество других потенциальных последствий для своего открытия, включая обнаружение ядерного оружия в грузе для внутренней безопасности, понимание формирования облаков и предоставление подсказок о том, как определенные виды млекопитающих впадают в спячку, каким-то образом переохлаждая их кровь.

Оригинальное исследование: https://arxiv.org/pdf/1807.09253.pdf.

Также опубликовано в Scisco Media