Lần đầu tiên nhiệt độ của nước lỏng chậm đông được đo chính xác đến dưới –40°C. Các nhà nghiên cứu, đứng đầu bởi Robert Grisenti tại Đại học Frankfurt ở Đức, vừa đo được các cực đại cộng hưởng của sóng ánh sáng bên trong những giọt nước vi mô để tính chính xác nhiệt độ là –42,55°C. Công trình của họ là một bước quan trọng hướng tới việc sáng tạo những mô hình khí hậu đáng tin cậy hơn, nhờ người ta hiểu rõ hơn sự hình thành băng tuyết trong khí quyển.
Dưới những điều kiện thích hợp, chúng ta đã biết trong hàng thế kỉ qua rằng nước có thể chậm động dưới 0oC mà không đông đặc. Tuy nhiên, khi nhiệt độ giảm, tốc độ hình thành tinh thể băng tăng lên nhanh chóng, khiến người ta khó xác định nhiệt độ khả dĩ thấp nhất của nước lỏng. Vì vậy làm hạn chế việc nghiên cứu nước chậm đông đến nhiệt độ chừng –38°C và cao hơn.
Các giọt nước được làm lạnh tới –42,55°C. (Ảnh: iStock/dkidpix)
Đội Grisenti cản trở sự hình thành băng bằng cách tạo ra một vòi phun các giọt nước cỡ micro-mét vào một chân không. Ở cấp độ này, sự bay hơi làm nước trong giọt lạnh đi nhanh hơn sự hình thành băng. “Cách dễ nhất để xác định nhiệt độ của một giọt nước hình cầu là đo kích cỡ của nó, cái có thể được xác định chính xác bằng cách khai thác sự có mặt của một hình ảnh giao thoa trong ánh sáng tán xạ bởi giọt nước,” Grisenti nói.
Bên trong các giọt nước hình cầu có đường kính nhất định, sóng ánh sáng dừng được hình thành, nó tạo ra các cực đại cộng hưởng rời rạc trong phổ quang học của giọt nước. Nếu một giọt nước đóng băng, hình dạng của nó sẽ trở nên không đồng đều, nghĩa là sóng dừng không còn hình thành được nữa.
Đội nghiên cứu tìm thấy theo thời gian các cực đại cộng hưởng lệch về phía các bước sóng nhỏ hơn. Điều này có nghĩa là các giọt nước đang co lại, và do đó vẫn ở dạng lỏng khi chúng lạnh đi. Bằng cách tính lượng nhiệt thất thoát trong sự bay hơi, họ có thể định lượng chính xác nhiệt độ nước chậm đông bằng –42,55°C cho các giọt lạnh nhất.
Các điều kiện trong thí nghiệm này rất giống với các điều kiện trong thượng tầng khí quyển Trái Đất. Trong tương lai, nghiên cứu trên có thể giúp người ta hiểu rõ hơn sự hình thành băng tuyết trong khí quyển, và đưa đến những dự đoán đáng tin cậy hơn cho khí hậu đang biến đổi của Trái Đất.
Nghiên cứu được mô tả trên tạp chí Physical Review Letters.
Nguồn: physicsworld.com
