(Aaron Burdern / Unsplash)

Die Chance eines Schneeballs: Mit unterkühltem Wasser könnte nach dunkler Materie gesucht werden

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

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

Während des Treffens der American Physical Society im April 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 das Wasser nur wenige Verunreinigungen wie Staubpartikel enthält und in einen ausreichend glatten Behälter gefüllt ist, kann es ohne Einfrieren auf unter 0 ° C abgekühlt werden.

Szydagis erklärt: „Dies wird als Unterkühlung bezeichnet und ähnelt der Art und Weise, wie Wasser in der Mikrowelle leicht überhitzt werden kann und im Wesentlichen über seinen Siedepunkt erhitzt wird, ohne tatsächlich zu kochen. Es ist einfach umgekehrt.

"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 sich weißer Schnee anstelle von klarem Eis.

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

Die Gruppe hat gezeigt, dass bestimmte Formen von Partikeln, die auf das Wasser treffen, mikroskopisch (subatomar) dazu führen können, dass es gefriert, wenn es zuerst unterkühlt wird. Szydagis fährt fort: „Manche Partikel wie Neutronen können sich sogar mehrmals im Wasser zerstreuen.

"Wir konnten dies nicht nur mit handelsüblichen Partikelquellen zeigen, sondern auch mit einer ´radioaktiven roten´ Platte mit orangefarbenem Lack auf Uranbasis aus den 1950er Jahren."

Sie entwickelten einen neuen Detektor auf der Basis des unterkühlten Wassers, der als "Schneeballkammer" bezeichnet wurde, da er gut zu "Blasen" - und "Wolkenkammern" passt. Dies sind Technologien aus der Zeit von Anfang bis Mitte des 20. Jahrhunderts, bei denen Kochen und Kondensation zum Einsatz kommen.

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 eine neue Liegenschaft mit unterkühltem Wasser entdeckt.

„Zu unserer großen Überraschung haben wir festgestellt, dass einige Partikel (Neutronen), andere (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 sollten - die wissenschaftliche Methode in ihrer grundlegendsten Form. Wir haben nicht nur einen neuen Detektor für fundamentale Partikel, sondern möglicherweise auch für dunkle Materie, da Neutronen diese nachahmen sollen. “

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

Ursprüngliche Forschung: https://arxiv.org/pdf/1807.09253.pdf.

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