受《冰雪奇缘》电影启发,物理学家认为可利用“过冷水”检测暗物质
https://tinyurl.com/yxwl9ntv
也许你有看过这种实验影片:把一瓶水从冰箱里拿出来,接着用力一晃竟然神奇的瞬间结
冰。那不是魔术,而是“过冷水”。物理学家 Matthew M. Szydagis 在看了这些实验影
片、以及迪士尼电影《冰雪奇缘》后,从中想出过冷水的新特性:也许某些未知的暗物质
粒子可与过冷水相互作用。
大部分人都知道水在 0℃ 时会结冻,但实际上没有那么简单,如果严格控制某些条件,
则液态水温度可以低于摄氏零度(冰点)但不结冰,此时的水就称为过冷水(
supercooled water),为一种自然物理现象。通常,这种水为干净到不含尘埃杂质的纯
水,且装水的容器干净平滑,缺少冰晶可依附的晶核。
所谓结冰其实是结晶过程,如果原本水中已存在结晶核,则低于标准熔点(对水而言称为
冰点)的水分子就会在核周围形成结晶结构,依附在冰晶上,也就是结冰现象。但是有些
水太洁净,不含尘埃和杂质,容器也平滑无划痕,水分子缺少晶核依附而无法结晶,于是
即使温度低于冰点(标准压力下 0℃),水仍然会维持在液体状态。
不过只要过冷水一受到某种形式的干扰,比如摇动、压力改变、遇见结晶核等,就会瞬间
凝结成冰,真实情景你可以从下方的实验影片简单瞧瞧。
https://www.youtube.com/watch?v=ph8xusY3GTM
▲ 影片 2:00 处,实验人员把水从冰箱中拿出来,2:24 处,把水瓶用力一晃,水瞬间
由上往下结冰。
现在,纽约州立大学奥尔巴尼分校物理系助理教授 Matthew M. Szydagis 团队在显微镜
观察下证明,某些粒子在与过冷水水分子碰撞时,也可能引发过冷水冻结,这其中或许就
包括难以捉摸的暗物质粒子。
在团队实验中,研究人员将水冷却至 -20°C,接着用不同类型的粒子碰撞水分子,发现
有一些粒子(比如中子)可触发过冷水结冻,其他形式则不会(比如伽马射线)。
这表明,也许未来,我们可以开发基于过冷水的新型暗物质探测器,科学家认为暗物质其
实一直漂浮在我们身边,但它们几乎不与正常物质相互作用,以至于科学家找不到它们。
如果一些假设的暗物质粒子如:微中子(已探测到)、大质量弱交互作用粒子(还是假想
粒子)等碰巧会与过冷水分子相互作用、引起自发冻结,在排除其他形式的干扰下,或许
就会是证实暗物质粒子存在的方法之一。
该团队在 2019 年美国物理学会的会议上发表这项研究。
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呃.....冰雪奇缘有那个部份会让人想到过冷水可以用来检测暗物质呀!
为啥我看完后只觉得迪士尼也在玩百合而已......