(Aaron Burdern / Unsplash)

Une chance de boule de neige: l’eau surfondue pourrait être utilisée pour rechercher de la matière noire

Après une inspiration inhabituelle sous la forme de farces sur youtube et du film de Disney, "Frozen", les chercheurs ont découvert une propriété cachée de l'eau en surfusion qui pourrait aider à la recherche de matière noire.

Après avoir regardé des vidéos YouTube de personnes qui surfraient de l’eau dans une bouteille, puis l’ont fait geler, l’idée de ce concept s’est solidifiée pour Matthew M. Szydagis - professeur adjoint de physique à l’Université d’Albany, à l’Université de New York - particulièrement quand il l'a revu pendant le film de Disney "Frozen".

Au cours de la réunion d'avril 2019 de l'American Physical Society, qui s'est tenue à Denver, Szydagis explique en quoi cela l'incite à explorer le point de savoir si une particule subatomique telle que la matière noire peut déclencher le gel de l'eau en surfusion.

Il dit: «Tout mon travail est motivé par la recherche de la matière noire, une forme de matière dont nous sommes sûrs qu'elle existe car nous pouvons en observer les effets gravitationnels indirects.

"Cela représente une fraction significative de l'univers, mais nous n'avons pas encore découvert de preuves directes, concluantes et non ambiguës au sein du laboratoire."

Si l’eau contient peu d’impuretés, telles que des particules de poussière - et placée dans un récipient suffisamment lisse, elle peut être refroidie à une température ne dépassant pas 0 ° C sans geler.

Szydagis explique: «C’est ce qu’on appelle la« surfusion »et est similaire à la façon dont l’eau peut être facilement surchauffée au micro-ondes, essentiellement chauffée au-dessus de son point d’ébullition sans réellement bouillir. C’est tout simplement le contraire.

"L’eau finit, dans l’un ou l’autre de ces cas, dans un état connu sous le nom de" métastabilité ", ni instable ni assez stable non plus."

Une perturbation peut déclencher la transition de phase, la congélation et la cristallisation, dans ce cas. Il ajoute: «Ce n’est pas un gel ordinaire, et cela forme une neige blanche au lieu de la glace transparente.

«Nous avons refroidi l’eau liquide jusqu’à -20 ° C dans notre laboratoire sans le congeler. Ce n’est pas la même chose que la dépression du point de congélation, comme lorsque vous salez votre trottoir, car l’eau était pure et non contaminée par des impuretés. ».

Le groupe a démontré que certaines formes de particules frappant l’eau peuvent provoquer sa congélation au microscope (subatomique) si elle est préalablement refroidie. Szydagis poursuit: «Certaines particules, comme les neutrons, peuvent même se disperser plusieurs fois dans l’eau.

«Nous avons pu le montrer non seulement avec des sources de particules disponibles dans le commerce, mais également avec une plaque rouge radioactive de Fiestaware avec une peinture orange à base d’uranium des années 50.»

Ils ont créé un nouveau détecteur basé sur l'eau en surfusion, surnommée la «chambre à boule de neige», car elle correspond bien aux chambres à «bulles» et «à nuages», technologies du début à la moitié du XXe siècle qui utilisent l'ébullition et la condensation.

L’eau en surfusion n’est certes pas nouvelle; il a été étudié pendant de nombreuses décennies par des chimistes et des physiciens de la matière condensée, jusqu’à -40 ° C. Il existe même des publications à ce sujet datant de plus de 100 ans. Mais Szydagis a découvert quelque chose de nouveau.

«Nous avons réussi à découvrir une nouvelle propriété d’eau en surfusion.

«À notre grande surprise, nous avons constaté que certaines particules (neutrons) mais pas d'autres (rayons gamma) déclenchent le gel. Comme il s'agit d'une recherche fondamentale qui n'a jamais été faite auparavant, rien ne garantissait que cela fonctionnerait. C’était une approche «essayons et voyons» - la méthode scientifique dans sa forme la plus élémentaire. Nous avons non seulement un nouveau détecteur de particules fondamentales, mais potentiellement de matière noire, car on pense que les neutrons l'imitent. ”

Szydagis et son équipe envisagent de nombreuses autres implications potentielles pour leur découverte, notamment la détection d'armes nucléaires dans des cargaisons pour des raisons de sécurité nationale, la compréhension de la formation de nuages ​​et la façon dont certaines espèces de mammifères hibernent, surfondant leur sang d'une manière ou d'une autre.

Recherche originale: https://arxiv.org/pdf/1807.09253.pdf.

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