(Aaron Burdern / Unsplash)

Lumepalli võimalus: tumeda aine otsimiseks võiks kasutada ülejahutatud vett

Pärast ebaharilikku inspiratsiooni youtube-pranglide ja Disney filmi “Frozen” näol on teadlased avastanud ülejahutatud vee peidetud omaduse, mis võib aidata otsida tumedat ainet

Pärast YouTube'is videote vaatamist inimestest, kes jahutavad pudelis vett ja jahutavad selle siis, et see seda segama panna, kinnitati selle idee kohta Matthew M. Szydagis - New Yorgi osariigi Albany ülikooli füüsika dotsent - eriti kui ta seda Disney filmi “Frozen” ajal uuesti nägi.

Ameerika füüsilise seltsi 2019. aasta aprillis Denveris peetud aprillikokkutulekul kirjeldab Szydagis, kuidas see innustas teda uurima, kas subatomiline osake, nagu tumeaine, võib käivitada ülejahutatud vee külmumise.

Ta ütleb: „Kogu minu töö on ajendatud tumeda aine otsimisest, mis on kindel vorm, kus me kindlasti oleme, sest võime jälgida selle kaudseid gravitatsioonilisi mõjusid.

"See moodustab olulise osa universumist, kuid me ei pea laborist veel otseseid, veenvaid ja üheselt mõistetavaid tõendeid leidma."

Kui vees on vähe lisandeid, näiteks tolmuosakesi, ja kui see asetatakse piisavalt sujuvasse mahutisse, saab seda jahutada temperatuurini 0 ° C ilma külmutamata.

Szydagis selgitab: „Seda nimetatakse ülejahutuseks ja see sarnaneb sellega, kuidas vett saab mikrolaineahjus hõlpsasti ülekuumendada, kuumutades seda põhiliselt keemistemperatuurist kõrgemal, ilma et see tegelikult keeks. See on lihtsalt vastupidine.

"Mõlemal juhul jõuab vesi seisundisse, mida tuntakse kui metastabiilsust, ei ebastabiilne ega ka üsna stabiilne."

Häiring võib sel juhul põhjustada faasiülekande, külmumise ja kristalliseerumise. Ta lisab: „See pole tavaline külmumine ja selge jää asemel moodustab see valge lume.

“Jahutasime vedelat vett oma laboris temperatuurini -20 ° C külma, ilma et see oleks külmunud. See ei ole sama kui külmumistemperatuuri langus, nagu teie kõnniteele soola andes, sest vesi oli puhas ega olnud tahtlikult saastunud lisanditega. "

Rühm näitas, et vette löövad osakesed võivad mikroskoopiliselt (subatomaatiliselt) põhjustada selle külmumist, kui see jahutatakse esimesena. Szydagis jätkab: „Mõned osakesed, näiteks neutronid, võivad vees isegi mitu korda laiali pudeneda.

"Me suutsime seda näidata mitte ainult kaubanduslikult saadaolevate osakeste allikate abil, vaid ka Fiestaware'i radioaktiivse punase plaadiga oranži uraanil põhineva värviga alates 1950ndatest."

Nad lõid uue jahutatud vee baasil detektori, mida nimetati lumepallikambriks, kuna see sobib hästi mull- ja pilvekambritega, mis on 20. sajandi algusest kuni keskpaigani tehnoloogiad, mis kasutavad keetmist ja kondenseerumist.

Ülejahutatud vesi pole kindlasti uus; seda on keemikud ja kondenseerunud füüsikud uurinud mitu aastakümmet temperatuurini -40 ° C. Selle kohta on isegi rohkem kui 100 aastat vanu väljaandeid. Kuid Szydagis avastas midagi uut.

„Meil õnnestus avastada uus jahutatud vee omadus.

„Meie suureks üllatuseks leidsime, et mõned osakesed (neutronid), kuid mitte teised (gammakiired) käivitavad külmumise. Kuna tegemist on alusuuringutega, mida pole kunagi varem tehtud, polnud garantiid, et see töötab. See oli „proovime ja vaatame” lähenemisviis - teaduslik meetod selle kõige põhilisemas vormis. Meil pole mitte ainult uus põhiliste osakeste, vaid potentsiaalselt ka tumeaine detektor, kuna neutronid arvatakse seda jäljendavat. "

Szydagis ja tema meeskond näevad nende avastamisele arvukalt muid potentsiaalseid tagajärgi, sealhulgas koduturvalisuse tagamiseks lastides tuumarelvade tuvastamist, pilve moodustumise mõistmist ja vihjete andmist, kuidas teatud imetajaliigid talvituvad, jahutades oma verd kuidagi.

Algne uurimistöö: https://arxiv.org/pdf/1807.09253.pdf.

Avaldatud ka ajakirjas Scisco Media