Efter att ha sett YouTube -videor av människor som kyler vatten i en flaska och sedan får det att frysa genom att slå det, något om detta koncept stelnade för Matthew M. Szydagis, en biträdande professor i fysik vid universitetet i Albany, State University i New York, särskilt när han såg det igen under Disney -filmen "Frozen".
Under American Physical Society aprilmöte 2019 i Denver, Szydagis kommer att beskriva hur detta inspirerade honom att utforska om en subatomär partikel som mörk materia kan utlösa frysning av underkyldt vatten. Läs mer på https://arxiv.org/abs/1807.09253.
"Allt mitt arbete motiveras av sökandet efter mörk materia, en form av materia vi är säkra på finns där ute eftersom vi kan observera dess indirekta gravitationseffekter, "Szydagis sa." Det utgör en betydande bråkdel av universum, men vi har ännu inte upptäckt direkt, slutgiltiga och entydiga bevis på det inom labbet. "
Om vattnet är tillräckligt rent - lågt i föroreningar, t.ex. dammpartiklar - och placerade i en tillräckligt slät behållare, Szydagis förklarade, den kan kylas under fryspunkten 0 C (32 F) utan frysning.
"Detta kallas" superkylning "och liknar hur vatten lätt kan överhettas i mikrovågsugnen, värms i huvudsak över dess kokpunkt utan att faktiskt koka. Det är helt enkelt tvärtom, "sa han." Vattnet hamnar, i något av dessa fall, i ett tillstånd som kallas 'metastabilitet, "varken instabil eller ganska stabil heller."
En störning kan utlösa fasövergången, frysning och kristallisation, I detta fall. "Det här är inte vanlig frysning, och det bildar vit snö istället för klar is, "tillade han." Vi kylde flytande vatten till så kallt som -20 C (-4 F). i vårt labb utan att det fryser. Det är inte samma sak som fryspunktsdepression, som när du saltar din trottoar, eftersom vattnet var rent och inte avsiktligt förorenat med föroreningar. "
Gruppen visade att vissa former av partiklar som träffar vattnet kan mikroskopiskt (subatomiskt) få det att frysa om det är superkylt först. "Vissa partiklar som neutroner kan till och med spridas flera gånger i vattnet, "Szydagis sa." Vi kunde visa detta inte bara med kommersiellt tillgängliga partikelskällor, men också en Fiestaware "radioaktiv röd" tallrik med orange uranbaserad färg från 1950-talet. "
De skapade en ny detektor baserad på det avkylda vattnet, kallade "snöbollskammaren" eftersom det passar bra med "bubbla" och "moln" kammare, som är teknik från tidigt till mitten av 1900-talet som använder kokning och kondens.
Superkallt vatten är verkligen inte nytt; det har studerats i många decennier av kemister och kondenserade fysiker, ner till -40 C (-40 F). Det finns till och med publikationer om det som går mer än 100 år gammalt.
"Men vi lyckades upptäcka en ny egendom med superkyldt vatten, "Szydagis sa." Till vår stora förvåning, vi fann att vissa partiklar (neutroner) men inte andra (gammastrålar) utlöser frysning. Eftersom detta är grundforskning som aldrig har gjorts tidigare, det var ingen garanti för att det skulle fungera. Det var en "låt oss prova och se" -metod - den vetenskapliga metoden i sin mest grundläggande form. Vi har inte bara en ny detektor av grundläggande partiklar, men potentiellt av mörk materia eftersom neutroner tros efterlikna det. "
Gruppen föreställer sig många andra potentiella konsekvenser för deras upptäckt, inklusive upptäckt av kärnvapen i last för hemlands säkerhet, förstå molnbildning, och ge ledtrådar om hur vissa däggdjursarter övervintrar, superkyler deras blod på något sätt.
