(Aaron Burdern / Unsplash)

Peluang bola salju: Air yang sangat dingin dapat digunakan untuk mencari materi gelap

Setelah inspirasi yang tidak biasa dalam bentuk pranks youtube dan film Disney, 'Frozen', para peneliti telah menemukan properti tersembunyi air super dingin yang dapat membantu dalam pencarian materi gelap

Setelah menonton video YouTube tentang orang-orang yang mendinginkan air dalam botol dan kemudian membuatnya membeku dengan membenturkannya, sesuatu tentang konsep ini dipadatkan untuk Matthew M. Szydagis - asisten profesor fisika di Universitas di Albany, Universitas Negeri di New York - terutama ketika dia melihatnya lagi selama film Disney "Frozen."

Selama Pertemuan American Physical Society 2019, Pertemuan April, yang diadakan di Denver - Szydagis menjelaskan bagaimana ini mengilhami dia untuk mengeksplorasi apakah partikel subatomik seperti materi gelap dapat memicu pembekuan air yang sangat dingin.

Dia mengatakan: “Semua pekerjaan saya dimotivasi oleh pencarian materi gelap, suatu bentuk materi yang kami yakin ada di luar sana karena kami dapat mengamati efek gravitasi tidak langsungnya.

"Itu merupakan bagian penting dari alam semesta, tetapi kita belum mengungkap bukti langsung, konklusif, dan tidak ambigu tentang hal itu di dalam lab."

Jika air rendah dalam pengotor, seperti partikel debu - dan ditempatkan dalam wadah yang cukup halus dapat didinginkan di bawah 0C tanpa pembekuan.

Szydagis menjelaskan: "Ini disebut 'pendinginan' dan mirip dengan bagaimana air dapat dengan mudah dipanaskan dalam microwave, pada dasarnya dipanaskan di atas titik didih tanpa benar-benar mendidih. Ini justru sebaliknya.

"Air berakhir, dalam kedua kasus ini, dalam kondisi yang dikenal sebagai 'metastabilitas,' juga tidak stabil atau cukup stabil."

Gangguan dapat memicu transisi fase, pembekuan dan kristalisasi, dalam hal ini. Dia menambahkan: "Ini bukan pembekuan biasa, dan itu membentuk salju putih bukannya es yang jernih.

“Kami mendinginkan air cair sedingin -20 C di lab kami tanpa membeku. Itu tidak sama dengan depresi titik beku, seperti ketika Anda menggarami trotoar Anda, karena airnya murni dan tidak sengaja terkontaminasi dengan kotoran. ”

Kelompok ini menunjukkan bahwa bentuk partikel tertentu yang mengenai air dapat secara mikroskopis (subatomik) menyebabkannya membeku jika didinginkan terlebih dahulu. Szydagis melanjutkan: “Beberapa partikel seperti neutron bahkan dapat tersebar beberapa kali di dalam air.

"Kami dapat menunjukkan ini tidak hanya dengan sumber partikel yang tersedia secara komersial tetapi juga pelat 'radioaktif merah' Fiestaware dengan cat berbasis oranye oranye dari tahun 1950-an."

Mereka menciptakan detektor baru yang didasarkan pada air yang sangat dingin, dijuluki "ruang bola salju" karena cocok dengan ruang "gelembung" dan "awan", yang merupakan teknologi dari awal hingga pertengahan abad ke-20 yang menggunakan pendidihan dan kondensasi.

Air pendingin tentu bukan hal baru; telah dipelajari selama beberapa dekade oleh ahli kimia dan ahli fisika benda terkondensasi, hingga -40 C. Bahkan ada publikasi tentangnya yang berusia lebih dari 100 tahun. Tetapi Szydagis menemukan sesuatu yang baru.

“Kami berhasil menemukan properti baru air yang sangat dingin.

“Sangat mengejutkan, kami menemukan bahwa beberapa partikel (neutron) tetapi tidak yang lain (sinar gamma) memicu pembekuan. Karena ini adalah penelitian dasar yang belum pernah dilakukan sebelumnya, tidak ada jaminan itu akan berhasil. Itu adalah pendekatan 'mari kita coba dan lihat' - metode ilmiah dalam bentuk paling dasar. Kita tidak hanya memiliki pendeteksi baru partikel fundamental, tetapi juga berpotensi materi gelap karena neutron diperkirakan akan menirunya. ”

Szydagis dan timnya membayangkan banyak implikasi potensial lainnya untuk penemuan mereka, termasuk mendeteksi senjata nuklir di kargo untuk keamanan tanah air, memahami pembentukan awan, dan memberikan petunjuk tentang bagaimana spesies mamalia tertentu berhibernasi, mendinginkan darah mereka.

Penelitian asli: https://arxiv.org/pdf/1807.09253.pdf.

Juga diterbitkan di Scisco Media