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“雪球室”帮助研究人员使用过冷水来搜寻暗物质

发布时间:2019-05-14 16:03:32 来源:

在观看了人们对瓶子中的水进行过冷却然后通过敲击它来触发冻结的YouTube视频之后,纽约州立大学奥尔巴尼分校物理学助理教授Matthew M. Szydagis为这一概念做了一些巩固。当他在迪士尼电影“冰雪奇缘”中再次看到它时。

在2019年美国物理学会4月在丹佛举行的会议期间,Szydagis将描述这是如何激发他探索像暗物质这样的亚原子粒子是否会引发过冷水的冻结。

Szydagis说:“我所有的工作都是出于寻找暗物质的动机,暗物质是我们确定的物质形式,因为我们可以观察到它的间接引力效应。” “它构成了宇宙的重要组成部分,但我们尚未在实验室内发现它的直接,确凿和明确的证据。”

Szydagis解释说,如果水足够干净 - 杂质含量低,如灰尘微粒 - 并放置在足够光滑的容器中,它可以在0℃(32°F)的冰点以下冷却而不会结冰。

“这被称为'过冷',类似于水在微波炉中如何容易过热,基本上加热到沸点以上而不实际沸腾。这恰恰相反,”他说。“在任何一种情况下,水都会以一种称为'亚稳态'的状态结束,既不稳定也不稳定。”

在这种情况下,扰动可以触发相变,冷冻和结晶。“这不是普通的冷冻,而是形成白雪而不是清冰,”他补充道。“我们将液态水冷却至-20°C(-4°F)。在我们的实验室中没有冷冻。这与冰点下降不同,就像你在人行道上盐,因为水是纯净的而不是有意污染杂质。“

该小组证明,某些形式的颗粒撞击水可以在显微镜下(亚原子)使其在首先过冷却时冻结。“像中子这样的粒子甚至可以在水中多次散射,”Szydagis说。“我们不仅可以用商业上可获得的颗粒来证明这一点,而且还可以展示出20世纪50年代以橙色铀为基础的Fiestaware'放射性红'板。”

他们创造了一种基于过冷水的新型探测器,被称为“雪球室”,因为它与“泡沫”和“云”室很好地配合,这是20世纪早期到中期使用沸腾和冷凝的技术。

过冷水当然不是新的; 几十年来,化学家和凝聚态物理学家对它进行了研究,温度低至-40°C(-40°F)。甚至有关于它的出版物可以追溯到100多年前。

“但我们设法发现了一种新的过冷水性质,”Szydagis说。“令我们惊讶的是,我们发现一些粒子(中子)而不是其他粒子(伽马射线)引发了冻结。由于这是以前从未做过的基础研究,所以不能保证它会起作用。这是'让我们试试它看到'接近 - 最基本形式的科学方法。我们不仅有一个新的基本粒子探测器,而且可能是暗物质,因为中子被认为是模拟它。

该组织设想了许多其他可能对其发现的影响,包括检测国内安全货物中的核武器,了解云的形成,并提供关于某些哺乳动物如何冬眠,过度冷却血液的线索。

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