“过冷水”可用作新型暗物质探测器

華大夫

尽管科学家们预测暗物质约占宇宙中物质总量的 85%，但截至目前，它们仍未被直接检测到。不气馁的科学家们，一直在努力升级探测系统的敏感度，期待其能够与漂浮的暗物质粒子发生相互作用。有趣的是，纽约州立大学奥尔巴尼分校的研究人员们，刚刚开发出了一种使用“过冷水”（supercooled water）的新型暗物质探测器。

视频截图（来自：JOSHUA E. MARTIN / EurekAlert）

要形成冰晶，水分子需要有粘附的固体表面。通常情况下，污垢或其它杂志有助于启动该过程。形成的冰晶越多，晶体的表面积就越大。

然而与常理不同的是，这套装置能够形成低于 0 ℃（32℉）、而不冻结成冰的“过冷水”。因为在严格控制的条件下，纯水能够保持在远低于 0 ℃ 的冰点（该过程即被称作‘过冷’）。

但是从“过冷”状态到突然发生冻结，并不需要太多的条件。如果冰晶以某种方式受到干扰 —— 摇晃、倒出、飞机掠过的噪声、过冷云、某些例子与水分子发生碰撞 —— 都可以引发冻结。

研究人员希望，令人难以捉摸的暗物质粒子，也能够与过冷水发生微妙的反应。于是在测试期间，他们将过冷水冷却到了 -20℃（-4℉），然后暴露于不同的颗粒下。

动图演示（via New Atlas）

结果发现，某些粒子确实可以触发亚原子水平的冻结。研究一作 Matthew Szydagis 表示：

我们发现了一种新的过冷水性质，令我们感到惊讶的是，某些粒子（中子）可以引发冻结，而其它粒子并不会（伽马射线）。像中子这样的粒子，甚至可以在水中被散射多次。

研究人员将这种用一大桶“过冷水”作为暗物质探测器的方案称作“雪球室”（Snowball Chamber）。

长期以来，人们一直认为暗物质一直漂浮在我们身边，但它不会与普通物质发生相互作用。但若它碰巧与过冷水发生作用，就可能引发意料之外的冻结。

在排除了所有其它干扰之后，这套方案的验证过程，就与使用液体氙（或超流体氦）的电流检测器方案类似了。不过与后者相比，过冷水的造价更便宜，因此能够大撒网地对暗物质展开探测。

此外，研究人员发现过冷水亦可用于运输中的核武器、增加对云形成的理解、甚至揭示一些冬眠哺乳动物的习性，比如让自身血液低于冰点的北极地松鼠。

据悉，研究人员在上周末于丹佛举办的 2019 美国物理学会会议上介绍了他们的新发现，目前论文已提交出版。

  
本文选自：今日头条