(آرون بورديرن / Unsplash)

فرصة كرة الثلج: يمكن استخدام الماء فائق التبريد للبحث عن المادة المظلمة

بعد إلهام غير عادي في شكل مزح يوتيوب وفيلم ديزني ، "المجمدة" ، اكتشف الباحثون خاصية خفية من المياه فائقة البرودة التي قد تساعد في البحث عن المادة المظلمة

بعد مشاهدة مقاطع فيديو على YouTube لأشخاص يقومون بتبريد الماء في زجاجة ثم تشغيلها لتجميدها عن طريق الضغط عليها ، عزز شيء من هذا المفهوم لماثيو إم. سزيداغيس - أستاذ مساعد في الفيزياء في جامعة ألباني بجامعة ستيت في نيويورك - خاصة عندما رآها مرة أخرى خلال فيلم ديزني "فروزن".

خلال اجتماع الجمعية الفيزيائية الأمريكية لعام 2019 ، يجتمع اجتماع أبريل ، المعقود في دنفر - Szydagis ، كيف ألهمه هذا لاستكشاف ما إذا كان جسيم ما دون الذرية مثل المادة المظلمة يمكن أن يؤدي إلى تجميد المياه فائقة البرودة.

يقول: "إن كل ما يحفز عملي هو البحث عن مادة مظلمة ، وهو شكل من أشكال المادة التي من المؤكد أننا موجودون بها لأننا نستطيع مراقبة آثار الجاذبية غير المباشرة.

"إنها تشكل جزءًا كبيرًا من الكون ، لكننا لم نكتشف بعد دليلًا مباشرًا وحاسمًا ولا لبس فيه على هذا المعمل."

إذا كان الماء منخفض الشوائب ، مثل جزيئات الغبار - ووضعه في حاوية ناعمة بما فيه الكفاية ، يمكن تبريده تحت درجة حرارة 0 مئوية دون تجميد.

يشرح Szydagis: "هذا يسمى" التبريد الفائق "ويشبه كيف يمكن تسخين الماء بسهولة في الميكروويف ، ويتم تسخينه بشكل أساسي فوق نقطة الغليان دون الغليان فعليًا. إنه ببساطة العكس.

"ينتهي المطاف بالماء ، في أي من هذه الحالات ، في حالة تعرف باسم" النقيلة "، لا غير مستقر ولا مستقر تمامًا أيضًا."

يمكن أن يؤدي الاضطراب إلى انتقال المرحلة وتجميدها وتبلورها ، في هذه الحالة. ويضيف: "هذا ليس تجميدًا عاديًا ، ويشكل ثلجًا أبيض بدلاً من ثلج صافٍ.

"قمنا بتبريد الماء السائل إلى درجة حرارة تصل إلى 20 درجة مئوية في مختبرنا دون أن تتجمد. إنه ليس مثل الاكتئاب عند نقطة التجمد ، كما هو الحال عندما تملح الرصيف ، لأن الماء نقي وليس ملوثًا بالشوائب عن قصد ".

أثبتت المجموعة أن بعض أشكال الجزيئات التي تضرب الماء يمكن أن تتسبب مجهرياً (تحت الجلد) في التجمد إذا تم تبريده أولاً. يستمر Szydagis: "يمكن لبعض الجزيئات مثل النيوترونات أن تنتشر عدة مرات داخل الماء.

"لقد كنا قادرين على إظهار ذلك ليس فقط من خلال مصادر الجسيمات المتاحة تجارياً ولكن أيضًا في صفيحة حمراء" مشعة "مع طلاء برتقالي أساسه اليورانيوم منذ الخمسينيات."

ابتكروا كاشفًا جديدًا يعتمد على الماء فائق التبريد ، يطلق عليه اسم "حجرة كرة الثلج" لأن ذلك يتطابق جيدًا مع غرف "الفقاعة" و "السحابية" ، وهي تقنيات من أوائل القرن العشرين حتى منتصف القرن العشرين تستخدم الغليان والتكثيف.

المياه فائقة البرودة ليست بالتأكيد جديدة ؛ لقد درسها الكيميائيون وعلماء فيزياء المواد المكثفة منذ عدة عقود ، وصولاً إلى -40 درجة مئوية. حتى أن هناك منشورات حول هذا الموضوع يرجع تاريخها إلى أكثر من 100 عام. لكن اكتشف Szydagis شيئا جديدا.

"لقد تمكنا من اكتشاف خاصية جديدة للمياه فائقة البرودة.

"لدهشتنا الكبيرة ، وجدنا أن بعض الجسيمات (النيوترونات) ولكن ليس غيرها (أشعة غاما) تؤدي إلى التجمد. نظرًا لأن هذا البحث أساسي لم يتم من قبل ، فليس هناك ما يضمن نجاحه. لقد كانت طريقة "دعنا نجربها ونرى" - الطريقة العلمية في أبسط صورها. ليس لدينا فقط كاشف جديد للجزيئات الأساسية ، ولكن يحتمل أن يكون مادة مظلمة لأن النيوترونات يعتقد أنها تحاكيها ".

يتصور Szydagis وفريقه العديد من الآثار المحتملة الأخرى لاكتشافهم ، بما في ذلك الكشف عن الأسلحة النووية في الشحن من أجل الأمن الداخلي ، وفهم تكوين السحاب ، وتوفير أدلة حول كيفية إسبات أنواع معينة من الثدييات ، ورفع دمائهم بطريقة ما.

البحث الأصلي: https://arxiv.org/pdf/1807.09253.pdf.

نشرت أيضا في سيسكو وسائل الإعلام