‘Buồng tuyết’ giúp các nhà nghiên cứu sử dụng nước siêu lạnh để tìm kiếm vật chất tối

Sau khi xem video YouTube về những người siêu lạnh nước trong chai và sau đó kích hoạt nó đóng băng bằng cách đập nó, một cái gì đó về khái niệm này đã được củng cố cho Matthew M. Szydagis, trợ lý giáo sư vật lý tại Đại học Albany, Đại học Bang New York, đặc biệt là khi anh nhìn thấy nó một lần nữa trong bộ phim Disney “Frozen”.

Trong cuộc họp tháng 4 năm 2019 của Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ tại Denver, Szydagis sẽ mô tả điều này truyền cảm hứng cho anh ta khám phá liệu một hạt hạ nguyên tử như vật chất tối có thể kích hoạt sự đóng băng của nước siêu lạnh.

“Tất cả công việc của tôi được thúc đẩy bởi việc tìm kiếm vật chất tối, một dạng vật chất mà chúng tôi chắc chắn ở ngoài đó vì chúng tôi có thể quan sát các hiệu ứng hấp dẫn gián tiếp của nó”, Szydagis nói. “Nó chiếm một phần đáng kể của vũ trụ, nhưng chúng tôi vẫn chưa khám phá ra bằng chứng trực tiếp, kết luận và rõ ràng về nó trong phòng thí nghiệm.”

Nếu nước đủ sạch – ít tạp chất, chẳng hạn như các hạt bụi – và được đặt trong một thùng chứa đủ mịn, Szydagis giải thích, nó có thể được làm lạnh dưới điểm đóng băng 0 C (32 F) mà không bị đóng băng.

“Điều này được gọi là ‘siêu lạnh’ và tương tự như cách nước có thể dễ dàng bị quá nhiệt trong lò vi sóng, về cơ bản được làm nóng trên điểm sôi của nó mà không thực sự sôi. Nó chỉ đơn giản là ngược lại”, ông nói. “Nước cuối cùng, trong một trong hai trường hợp này, ở trạng thái được gọi là ‘tính di động’, không ổn định cũng không khá ổn định.”

Trong trường hợp này, một sự xáo trộn có thể kích hoạt quá trình chuyển pha, đóng băng và kết tinh. “Đây không phải là đóng băng thông thường, và nó tạo thành tuyết trắng thay vì băng rõ ràng”, ông nói thêm. “Chúng tôi đã làm lạnh nước lỏng đến mức lạnh đến -20 C (-4 F). Trong phòng thí nghiệm của chúng tôi mà không bị đóng băng. Nó không giống như trầm cảm điểm đóng băng, như khi bạn muối vào vỉa hè của bạn, vì nước tinh khiết và không bị nhiễm tạp chất trên mục đích. “

Nhóm đã chứng minh rằng một số dạng hạt nhất định chạm vào nước có thể bằng kính hiển vi (dưới nguyên tử) khiến nó đóng băng nếu nó bị siêu lạnh trước. “Một số hạt như neutron thậm chí có thể phân tán nhiều lần trong nước”, Szydagis nói. “Chúng tôi đã có thể thể hiện điều này không chỉ với các nguồn hạt có sẵn trên thị trường, mà còn là một tấm ‘đỏ phóng xạ’ Fiestwar với sơn dựa trên uranium màu cam từ những năm 1950.”

Họ đã tạo ra một máy dò mới dựa trên nước siêu lạnh, được đặt tên là “buồng bóng tuyết” vì nó rất phù hợp với các buồng “bong bóng” và “đám mây”, là những công nghệ từ đầu thế kỷ đến giữa thế kỷ 20 sử dụng đun sôi và ngưng tụ.

Nước siêu lạnh chắc chắn không phải là mới; nó đã được nghiên cứu trong nhiều thập kỷ bởi các nhà hóa học và các nhà vật lý vật chất ngưng tụ, xuống đến -40 C (-40 F). Thậm chí có những ấn phẩm về nó có niên đại hơn 100 năm.

“Nhưng chúng tôi đã xoay sở để khám phá ra một tính chất mới của nước siêu lạnh”, Szydagis nói. “Thật ngạc nhiên, chúng tôi thấy rằng một số hạt (neutron) chứ không phải các hạt khác (tia gamma) kích hoạt đóng băng. Vì đây là nghiên cứu cơ bản chưa từng được thực hiện trước đây, nên không có gì đảm bảo nó sẽ hoạt động. Nó và thấy ‘cách tiếp cận – phương pháp khoa học ở dạng cơ bản nhất. Chúng ta không chỉ có một máy dò hạt mới, mà còn có khả năng vật chất tối vì neutron được cho là mô phỏng nó. “

Nhóm đã hình dung ra rất nhiều ý nghĩa tiềm năng khác cho khám phá của họ, bao gồm phát hiện vũ khí hạt nhân trong hàng hóa để đảm bảo an ninh nội địa, hiểu được sự hình thành của đám mây và cung cấp manh mối về cách một số loài động vật có vú ngủ đông, siêu âm bằng cách nào đó.

Nguồn tin tức:

Tài liệu được cung cấp bởi Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.

Tạp chí tham khảo :

1. M. Szydagis, C. Hiệp sĩ, C. Levy. Buồng tuyết: Hạt nhân do neutron gây ra trong nước siêu lạnh . đã gửi tới arXiv , 2019 [ link ]