Dopo aver visto i video di YouTube di persone che raffreddano l'acqua in una bottiglia e poi la fanno congelare sbattendola, qualcosa su questo concetto si è consolidato per Matthew M. Szydagis, un assistente professore di fisica presso l'Università di Albany, Università statale di New York, soprattutto quando l'ha rivisto durante il film Disney "Frozen".
Durante l'incontro di aprile dell'American Physical Society 2019 a Denver, Szydagis descriverà come questo lo abbia ispirato a esplorare se una particella subatomica come la materia oscura può innescare il congelamento dell'acqua super raffreddata. Maggiori informazioni su https://arxiv.org/abs/1807.09253.
"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, " Ha detto Szydagis. "Costituisce una frazione significativa dell'universo, ma dobbiamo ancora scoprire direttamente, prove conclusive e inequivocabili di esso all'interno del laboratorio."
Se l'acqua è abbastanza pulita, povera di impurità, come il particolato di polvere e collocato in un contenitore sufficientemente liscio, Szydagis ha spiegato, può essere raffreddato al di sotto del punto di congelamento di 0 C (32 F) senza congelamento.
"Questo si chiama 'superraffreddamento' ed è simile al modo in cui l'acqua può essere facilmente surriscaldata nel microonde, essenzialmente riscaldato al di sopra del suo punto di ebollizione senza effettivamente bollire. È semplicemente il contrario, " disse. "L'acqua finisce, in uno di questi casi, in uno stato noto come 'metastabilità, ' né instabile né abbastanza stabile."
Un disturbo può innescare la transizione di fase, congelamento e cristallizzazione, in questo caso. "Questo non è un normale congelamento, e forma neve bianca invece di ghiaccio limpido, " ha aggiunto. "Abbiamo raffreddato l'acqua liquida fino a -20 C (-4 F). nel nostro laboratorio senza che si congeli. Non è la stessa cosa della depressione del punto di congelamento, come quando sali il tuo marciapiede, perché l'acqua era pura e non contaminata con impurità di proposito."
Il gruppo ha dimostrato che alcune forme di particelle che colpiscono l'acqua possono microscopicamente (subatomicamente) farla congelare se viene prima superraffreddata. "Alcune particelle come i neutroni possono persino disperdersi più volte all'interno dell'acqua, " Szydagis ha detto. "Siamo stati in grado di dimostrarlo non solo con le fonti di particelle disponibili in commercio, ma anche una piastra "rosso radioattivo" Fiestaware con vernice arancione a base di uranio degli anni '50."
Hanno creato un nuovo rivelatore basato sull'acqua superraffreddata, soprannominata la "camera delle palle di neve" perché si abbina bene alle camere "a bolle" e "a nuvola", che sono tecnologie dall'inizio alla metà del XX secolo che utilizzano l'ebollizione e la condensazione.
L'acqua superraffreddata non è certo una novità; è stato studiato per numerosi decenni da chimici e fisici della materia condensata, fino a -40 C (-40 F). Ci sono anche pubblicazioni a riguardo che risalgono a più di 100 anni fa.
"Ma siamo riusciti a scoprire una nuova proprietà dell'acqua superraffreddata, Szydagis ha detto. "Con nostra grande sorpresa, abbiamo scoperto che alcune particelle (neutroni) ma non altre (raggi gamma) innescano il congelamento. Poiché questa è una ricerca di base che non è mai stata fatta prima, non c'era alcuna garanzia che avrebbe funzionato. Era un approccio "proviamo e vediamo", il metodo scientifico nella sua forma più elementare. Non solo abbiamo un nuovo rivelatore di particelle fondamentali, ma potenzialmente di materia oscura perché si pensa che i neutroni la emulino."
Il gruppo prevede numerose altre potenziali implicazioni per la loro scoperta, compreso il rilevamento di armi nucleari nel carico per la sicurezza interna, comprendere la formazione delle nuvole, e fornendo indizi su come certe specie di mammiferi vanno in letargo, raffreddando in qualche modo il loro sangue.
