บาคาร่า การทดลองแบบสต็อปโมชันเผยให้เห็นธรรมชาติคู่ของน้ำซุปเปอร์คูล

น้ำของเหลวที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งมีการจัดเรียงโมเลกุล บาคาร่า ที่แตกต่างกันสองแบบน้ำ supercooled อาจเป็นข้อตกลงสองต่อหนึ่

ทฤษฎีที่มีมายาวนานกล่าวว่าน้ำของเหลวที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งนั้นประกอบด้วยการจัดเรียงโมเลกุลที่แตกต่างกันสองแบบ แบบหนึ่งมีความหนาแน่นสูงและอีกแบบหนึ่งมีความหนาแน่นต่ำ ตอนนี้ การทดลองได้ให้หลักฐานใหม่สำหรับทฤษฎีนั้น นักวิจัยรายงานในวิทยาศาสตร์ 18 กันยายน

โดยปกติ น้ำจะเยือกแข็งต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียส 

เนื่องจากมีสิ่งเจือปน เช่น ฝุ่นในน้ำ ซึ่งผลึกน้ำแข็งสามารถเกิดนิวเคลียสได้ แต่น้ำบริสุทธิ์ซึ่งไม่มีสารกระตุ้นการตกผลึกเหล่านั้น สามารถยังคงเป็นของเหลวจนถึงอุณหภูมิที่ต่ำกว่ามาก ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าซูเปอร์คูลลิ่ง

ในปี 1990 กลุ่มนักฟิสิกส์เสนอว่า ที่ความดันสูงและอุณหภูมิต่ำมาก น้ำที่ระบายความร้อนด้วยยิ่งยวดจะแยกออกเป็นของเหลวที่แตกต่างกันสองชนิดซึ่งมีความหนาแน่นต่างกัน ที่ความดันบรรยากาศ ซึ่งทำการทดลองใหม่เกิดขึ้น น้ำที่มีความเย็นยิ่งยวดจะเก็บร่องรอยของพฤติกรรมนั้นไว้ ส่งผลให้เกิดการจัดเรียงโมเลกุลขนาดเล็กชั่วคราวในรูปแบบที่มีความหนาแน่นสูงและความหนาแน่นต่ำ ของเหลวปกติมีเพียงหนึ่งการจัดเรียงดังกล่าว แทนที่จะเป็นสอง

แม้ว่าการทดลองจะบ่งบอกถึงผลกระทบนี้แต่นักวิทยาศาสตร์ก็ยังไม่สามารถระบุได้เต็มที่ ( SN: 6/18/14 ) Loni Kringle จาก Pacific Northwest National Laboratory ในเมืองริชแลนด์ รัฐวอชิงตัน กล่าวว่า “บริเวณที่มีอุณหภูมิ [supercooled water is] เป็นการทดลองที่ยากมาก

ที่อุณหภูมิระหว่าง –113° C และ –38° C ของเหลวจะตกผลึกอย่างรวดเร็วมาก แม้ว่าจะบริสุทธิ์ทั้งหมดก็ตาม นั่นทำให้ยากต่อการวัดคุณสมบัติของมัน เนื่องจากต้องทำการวัดในเสี้ยววินาทีก่อนที่น้ำจะแข็งตัว

ตอนนี้ Kringle และเพื่อนร่วมงานได้สังเกตเห็นว่าอุณหภูมิที่มืดครึ้มด้วยการทดลองที่ทำงานคล้ายกับภาพยนตร์สต็อปโมชัน พวกเขาอุ่นฟิล์มน้ำบาง ๆ โดยใช้เลเซอร์แล้วทำให้ของเหลวเย็นลงอย่างรวดเร็ว การกดปุ่มฟิล์มด้วยแสงอินฟราเรดเผยให้เห็นว่าโมเลกุลของน้ำสั่นสะเทือนไปรอบๆ อย่างไร ซึ่งบ่งบอกถึงโครงสร้างของน้ำ จากนั้นทีมงานได้ทำซ้ำขั้นตอนนี้เพื่อถ่ายภาพว่าโครงสร้างนั้นพัฒนาขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปอย่างไรเมื่อฟิล์มได้รับความร้อนและเย็นลง ซึ่งช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถวัดคุณสมบัติของของเหลวที่อุณหภูมิซึ่งมันจะตกผลึกอย่างรวดเร็วหากเก็บไว้ที่นั่นเป็นเวลานาน

นักวิจัยสรุปว่า

พฤติกรรมของน้ำในขณะที่ถูกทำให้ร้อนและเย็นลงสามารถอธิบายได้ด้วยการอยู่ร่วมกันของการจัดเรียงโมเลกุลที่แตกต่างกันสองแบบตามที่คาดการณ์ไว้ก่อนหน้านี้ อย่างไรก็ตาม ทีมงานไม่ได้วัดความหนาแน่นของโครงสร้างเหล่านั้นโดยตรง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีงานมากขึ้นเพื่อยืนยันว่าทฤษฎีนั้นถูกต้องหรือไม่

วิศวกรเคมี Pablo Debenedetti จากมหาวิทยาลัยพรินซ์ตันกล่าวว่า “การผสมผสานเทคนิคค่อนข้างใหม่และแปลกใหม่” ซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับการศึกษานี้กล่าว

การทำความเข้าใจคุณสมบัติแปลก ๆ ของน้ำ supercooled ได้ดีขึ้นอาจช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจถึงความแปลกประหลาดของน้ำ ตัวอย่างเช่น ไม่เหมือนกับสารส่วนใหญ่ น้ำจะขยายตัวเมื่อแข็งตัว ทำให้มีความหนาแน่นน้อยกว่าในรูปของเหลว นั่นเป็นเหตุผลที่น้ำแข็งลอยอยู่ในถ้วยของคุณและทำไมน้ำแข็งถึงเกาะอยู่บนทะเลสาบ ปล่อยให้ชั้นของเหลวอยู่ข้างใต้ซึ่งสามารถปกป้องสิ่งมีชีวิตในน้ำได้ตลอดฤดูหนาว

“น้ำเป็นของเหลวที่แปลกมาก” นักฟิสิกส์ Greg Kimmel ผู้เขียนร่วมของการศึกษานี้เช่นกันที่ Pacific Northwest National Laboratory กล่าว “แต่ทุกคนคุ้นเคยกับมัน ดังนั้นเราไม่รู้จริงๆ ว่ามันแปลกแค่ไหน”

นักฟิสิกส์แยกความแตกต่างของแรงสี่ประเภทโดยที่วัตถุในจักรวาลกระทำต่อกันและกัน ได้แก่ แรงนิวเคลียร์อย่างแรง แรงอ่อน แม่เหล็กไฟฟ้า และแรงโน้มถ่วง ทฤษฎีที่พัฒนาขึ้นของฟิสิกส์อนุภาคกำหนดแรงแต่ละแรงด้วยอนุภาคระดับกลางที่เรียกว่า… ตอนนี้ จากเหมืองเงินที่ถูกทิ้งร้างที่พาร์คซิตี รัฐยูทาห์ มีหลักฐานชัดเจนถึงการมีอยู่ของควอนตัมแรงอ่อน ที่รู้จักกันในชื่อ … อนุภาค W .

“หลักฐานที่แน่ชัด” สำหรับอนุภาค W หรือ W boson นี้แตกแยกภายใต้การพิจารณาเพิ่มเติม นักฟิสิกส์กับ CERN ใกล้เจนีวาในที่สุดก็จับ boson ได้ประมาณหนึ่งทศวรรษต่อมา ( SN: 2/5/83, p. 84 ) นอกจากช่วยไกล่เกลี่ยแรงอ่อนซึ่งควบคุมการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีบางประเภท W boson ยังช่วยให้นักวิทยาศาสตร์จับHiggs boson ( SN: 7/28/12, p. 5 ) การชั่งน้ำหนัก W bosonทำให้ช่วงมวลของ Higgs แคบลง ทำให้ค้นหา Higgs ได้ง่ายขึ้น นักฟิสิกส์ยังคงไขความลึกลับของ W boson ต่อไป เช่นอนุภาคก่อตัวอย่างไรและ เกิดอนุภาค ขนาดใหญ่ขึ้นหรือไม่

แต่นักวิจัยร่วม Zhangbu Xu นักฟิสิกส์จาก Brookhaven ในเมืองอัพตัน รัฐนิวยอร์ก กล่าวว่า “ปัญหาอยู่ที่ว่าคุณพูดจริง ๆ ว่าสิ่งเหล่านี้มาจากโฟตอน [ของจริง] ไม่ใช่จากกระบวนการอื่น” นักวิจัยได้ศึกษามุมระหว่างอนุภาคเหล่านั้น ซึ่งแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับว่าโฟตอนจริงหรือเสมือนชนกัน มุมต่างๆ ตรงกับความคาดหวังของโฟตอนจริง ซึ่งบ่งบอกว่าทีมได้เห็นกระบวนการของ Breit-Wheeler ที่ถูกต้องแล้ว บาคาร่า