(Aaron Burdern / Unsplash)

La posibilidad de una bola de nieve: el agua sobreenfriada podría usarse para buscar materia oscura

Después de una inspiración inusual en forma de bromas de YouTube y la película de Disney, "Frozen", los investigadores han descubierto una propiedad oculta del agua sobreenfriada que puede ayudar en la búsqueda de materia oscura.

Después de ver videos de YouTube de personas que enfrían el agua en una botella y luego la congelan golpeándola, algo sobre este concepto se solidificó para Matthew M. Szydagis, profesor asistente de física en la Universidad de Albany, Universidad Estatal de Nueva York, especialmente cuando lo volvió a ver durante la película de Disney "Frozen".

Durante el transcurso de la Reunión de abril de la American Physical Society de 2019, celebrada en Denver, Szydagis describe cómo esto lo inspiró a explorar si una partícula subatómica como la materia oscura puede desencadenar la congelación del agua sobreenfriada.

Él dice: "Todo mi trabajo está motivado por la búsqueda de materia oscura, una forma de materia que estamos seguros porque podemos observar sus efectos gravitacionales indirectos.

"Constituye una fracción significativa del universo, pero todavía tenemos que descubrir evidencia directa, concluyente e inequívoca de ello dentro del laboratorio".

Si el agua tiene pocas impurezas, como partículas de polvo, y se coloca en un recipiente lo suficientemente suave, se puede enfriar a menos de 0 ° C sin congelar.

Szydagis explica: "Esto se llama" sobreenfriamiento "y es similar a cómo el agua se puede sobrecalentar fácilmente en el microondas, esencialmente calentada por encima de su punto de ebullición sin hervir realmente. Es simplemente lo contrario.

"El agua termina, en cualquiera de estos casos, en un estado conocido como 'metaestabilidad', tampoco inestable ni bastante estable".

Una perturbación puede desencadenar la transición de fase, congelación y cristalización, en este caso. Agrega: "Esto no es un congelamiento ordinario, y forma nieve blanca en lugar de hielo transparente.

“Enfriamos agua líquida hasta -20 ° C en nuestro laboratorio sin que se congele. No es lo mismo que la depresión del punto de congelación, como cuando salas la acera, porque el agua era pura y no estaba contaminada con impurezas a propósito ".

El grupo demostró que ciertas formas de partículas que golpean el agua pueden hacer que se congele microscópicamente (subatómicamente) si se enfría primero. Szydagis continúa: “Algunas partículas como los neutrones pueden incluso dispersarse varias veces dentro del agua.

"Pudimos mostrar esto no solo con fuentes de partículas disponibles comercialmente, sino también con una placa Fiestaware" radiactivo rojo "con pintura a base de uranio naranja de la década de 1950".

Crearon un nuevo detector basado en el agua sobreenfriada, denominada "cámara de bola de nieve" porque combina bien con las cámaras de "burbuja" y "nube", que son tecnologías de principios a mediados del siglo XX que utilizan ebullición y condensación.

El agua sobreenfriada ciertamente no es nueva; ha sido estudiado durante numerosas décadas por químicos y físicos de la materia condensada, hasta -40 C. Incluso hay publicaciones que datan de hace más de 100 años. Pero Szydagis descubrió algo nuevo.

“Logramos descubrir una nueva propiedad de agua sobreenfriada.

“Para nuestra gran sorpresa, encontramos que algunas partículas (neutrones) pero no otras (rayos gamma) provocan la congelación. Dado que esta es una investigación básica que nunca antes se había hecho, no había garantía de que funcionaría. Fue un enfoque de "probemos y veamos", el método científico en su forma más básica. No solo tenemos un nuevo detector de partículas fundamentales, sino potencialmente de materia oscura porque se cree que los neutrones la emulan ”.

Szydagis y su equipo prevén numerosas otras posibles implicaciones para su descubrimiento, incluida la detección de armas nucleares en la carga para la seguridad de la patria, la comprensión de la formación de nubes y el suministro de pistas sobre cómo ciertas especies de mamíferos hibernan, sobreenfría su sangre de alguna manera.

Investigación original: https://arxiv.org/pdf/1807.09253.pdf.

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