(Aaron Burdern / Unsplash)

La possibilità di una palla di neve: l'acqua super raffreddata potrebbe essere utilizzata per cercare la materia oscura

Dopo un'insolita ispirazione sotto forma di scherzi su YouTube e il film Disney, "Frozen", i ricercatori hanno scoperto una proprietà nascosta dell'acqua super raffreddata che può aiutare nella ricerca della materia oscura

Dopo aver visto i video su YouTube di persone che raffreddano l'acqua in una bottiglia e poi la fanno scattare per congelarla sbattendola, qualcosa su questo concetto si è consolidato per Matthew M. Szydagis - un assistente professore di fisica all'Università di Albany, Università di Stato a New York - specialmente quando lo vide di nuovo durante il film Disney "Frozen".

Nel corso dell'American Physical Society del 2019, April Meeting, tenutosi a Denver, Szydagis descrive come questo lo abbia ispirato a esplorare se una particella subatomica come la materia oscura può innescare il congelamento dell'acqua super raffreddata.

Dice: "Tutto il mio lavoro è motivato dalla ricerca della materia oscura, una forma di materia che siamo sicuri è là fuori perché possiamo osservare i suoi effetti gravitazionali indiretti.

"Costituisce una frazione significativa dell'universo, ma dobbiamo ancora scoprire prove dirette, conclusive e inequivocabili di esso all'interno del laboratorio."

Se l'acqua ha poche impurità, come particelle di polvere, e si trova in un contenitore abbastanza liscio, può essere raffreddata sotto 0 ° C senza congelamento.

Szydagis spiega: "Questo si chiama" super raffreddamento "ed è simile al modo in cui l'acqua può essere facilmente surriscaldata nel forno a microonde, essenzialmente riscaldata al di sopra del suo punto di ebollizione senza realmente bollire. È semplicemente il contrario.

"L'acqua finisce, in entrambi i casi, in uno stato noto come" metastabilità ", né instabile né abbastanza stabile."

Un disturbo può innescare la transizione di fase, il congelamento e la cristallizzazione, in questo caso. Aggiunge: "Questo non è un normale congelamento e forma neve bianca invece di ghiaccio chiaro.

“Abbiamo raffreddato l'acqua liquida fino a -20 ° C nel nostro laboratorio senza congelarlo. Non è lo stesso della depressione del punto di congelamento, come quando salini il marciapiede, perché l'acqua era pura e non contaminata da impurità appositamente. "

Il gruppo ha dimostrato che alcune forme di particelle che colpiscono l'acqua possono microscopicamente (subatomicamente) causarne il congelamento se viene prima raffreddato. Szydagis continua: “Alcune particelle come i neutroni possono persino disperdersi più volte nell'acqua.

"Siamo stati in grado di mostrarlo non solo con fonti di particelle disponibili in commercio, ma anche una piastra" radioattiva rossa "di Fiestaware con vernice a base di uranio arancione degli anni '50."

Hanno creato un nuovo rivelatore basato sull'acqua super raffreddata, soprannominata la "camera della palla di neve" perché si abbina bene con le camere "a bolle" e "a nuvola", che sono tecnologie dalla prima metà alla metà del 20 ° secolo che usano l'ebollizione e la condensa.

L'acqua super raffreddata non è certamente nuova; è stato studiato per numerosi decenni da chimici e fisici della materia condensata, fino a -40 ° C. Ci sono persino pubblicazioni su di esso risalenti a più di 100 anni fa. Ma Szydagis ha scoperto qualcosa di nuovo.

“Siamo riusciti a scoprire una nuova proprietà di acqua super raffreddata.

“Con nostra grande sorpresa, abbiamo scoperto che alcune particelle (neutroni) ma non altre (raggi gamma) provocano il congelamento. Dato che questa è una ricerca di base che non è mai stata fatta prima, non vi era alcuna garanzia che avrebbe funzionato. È stato un approccio "proviamolo e vediamo" - il metodo scientifico nella sua forma più elementare. Non solo abbiamo un nuovo rilevatore di particelle fondamentali, ma potenzialmente di materia oscura perché si pensa che i neutroni lo emulino. ”

Szydagis e il suo team prevedono numerose altre potenziali implicazioni per la loro scoperta, tra cui il rilevamento di armi nucleari in carico per la sicurezza della patria, la comprensione della formazione di nuvole e la fornitura di indizi su come alcune specie di mammiferi vanno in letargo, raffreddando in qualche modo il loro sangue.

Ricerca originale: https://arxiv.org/pdf/1807.09253.pdf.

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