(Aaron Burdern / Unsplash)

Die Chance eines Schneeballs: Unterkühltes Wasser könnte verwendet werden, um nach dunkler Materie zu suchen

Nach ungewöhnlichen Inspirationen in Form von Youtube-Streiche und dem Disney-Film 'Frozen' haben Forscher eine verborgene Eigenschaft von unterkühltem Wasser entdeckt, die bei der Suche nach dunkler Materie hilfreich sein kann

Nachdem sie YouTube-Videos von Menschen gesehen hatten, die Wasser in einer Flasche unterkühlten und es dann durch Schlagen zum Gefrieren brachten, festigte sich etwas an diesem Konzept für Matthew M. Szydagis - einen Assistenzprofessor für Physik an der Universität in Albany, State University in New York - besonders als er es während des Disney-Films "Frozen" wieder sah.

Im Verlauf des April-Treffens der American Physical Society 2019 in Denver - Szydagis wurde beschrieben, wie dies ihn dazu inspirierte, zu untersuchen, ob ein subatomares Teilchen wie dunkle Materie das Einfrieren von unterkühltem Wasser auslösen kann.

Er sagt: „Alle meine Arbeiten sind von der Suche nach dunkler Materie motiviert, eine Form von Materie, von der wir sicher sind, dass sie da draußen ist, weil wir ihre indirekten Gravitationseffekte beobachten können.

"Es macht einen bedeutenden Teil des Universums aus, aber wir müssen noch direkte, schlüssige und eindeutige Beweise dafür im Labor finden."

Wenn Wasser wenig Verunreinigungen wie Staubpartikel enthält und in einen ausreichend glatten Behälter gegeben wird, kann es ohne Gefrieren unter 0 ° C abgekühlt werden.

Szydagis erklärt: „Dies wird als„ Unterkühlung “bezeichnet und ähnelt der einfachen Überhitzung von Wasser in der Mikrowelle, das im Wesentlichen über seinen Siedepunkt erhitzt wird, ohne tatsächlich zu kochen. Es ist einfach das Gegenteil.

"In beiden Fällen befindet sich das Wasser in einem Zustand, der als" Metastabilität "bekannt ist, weder instabil noch ziemlich stabil."

Eine Störung kann in diesem Fall den Phasenübergang, das Einfrieren und die Kristallisation auslösen. Er fügt hinzu: „Dies ist kein gewöhnliches Gefrieren und es bildet weißen Schnee anstelle von klarem Eis.

„Wir haben flüssiges Wasser in unserem Labor auf bis zu -20 ° C abgekühlt, ohne dass es gefriert. Es ist nicht dasselbe wie eine Gefrierpunkterniedrigung, wie wenn Sie Ihren Bürgersteig salzen, weil das Wasser rein und nicht absichtlich mit Verunreinigungen kontaminiert war. “

Die Gruppe zeigte, dass bestimmte Formen von Partikeln, die auf das Wasser treffen, mikroskopisch (subatomisch) zum Einfrieren führen können, wenn es zuerst unterkühlt wird. Szydagis fährt fort: „Einige Partikel wie Neutronen können sogar mehrmals im Wasser streuen.

"Wir konnten dies nicht nur mit handelsüblichen Partikelquellen zeigen, sondern auch mit einer Fiestaware 'radioaktiven roten' Platte mit orangefarbener Farbe auf Uranbasis aus den 1950er Jahren."

Sie entwickelten einen neuen Detektor, der auf dem unterkühlten Wasser basiert und als „Schneeballkammer“ bezeichnet wird, da er gut zu „Blasen“ - und „Wolken“ -Kammern passt, bei denen es sich um Technologien vom frühen bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts handelt, die Kochen und Kondensation verwenden.

Unterkühltes Wasser ist sicherlich nicht neu; Es wurde jahrzehntelang von Chemikern und Physikern der kondensierten Materie bis zu -40 ° C untersucht. Es gibt sogar Veröffentlichungen darüber, die mehr als 100 Jahre alt sind. Aber Szydagis entdeckte etwas Neues.

„Wir haben es geschafft, eine neue Eigenschaft von unterkühltem Wasser zu entdecken.

„Zu unserer großen Überraschung stellten wir fest, dass einige Teilchen (Neutronen), andere jedoch nicht (Gammastrahlen) das Einfrieren auslösen. Da es sich um Grundlagenforschung handelt, die noch nie zuvor durchgeführt wurde, gab es keine Garantie dafür, dass sie funktionieren würde. Es war ein Ansatz, den wir ausprobieren und sehen sollten - die wissenschaftliche Methode in ihrer grundlegendsten Form. Wir haben nicht nur einen neuen Detektor für fundamentale Teilchen, sondern möglicherweise auch für dunkle Materie, da angenommen wird, dass Neutronen sie emulieren. “

Szydagis und sein Team stellen sich zahlreiche weitere mögliche Auswirkungen auf ihre Entdeckung vor, darunter das Aufspüren von Atomwaffen in Fracht für die innere Sicherheit, das Verständnis der Wolkenbildung und die Bereitstellung von Hinweisen darauf, wie bestimmte Säugetierarten Winterschlaf halten und ihr Blut irgendwie unterkühlen.

Originalrecherche: https://arxiv.org/pdf/1807.09253.pdf.

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