Атомные часы могут наконец обнаружить темную материю, предполагает исследование

Атомные часы — самые точные инструменты измерения времени, которые у нас есть. Новое исследование предлагает способ использовать умопомрачительный уровень точности инструментов для обнаружения мельчайших колебаний энергии, что потенциально дает ученым возможность наблюдать некоторые типы темной материи.

Темная материя продолжает доказывать свою эффективность. неуловим: хотя мы и не наблюдали его напрямую, мы можем видеть его влияние на Вселенную. К сожалению, в наших нынешних физических моделях нет ничего, что могло бы объяснить то, что мы видим.

Исследователи из Университета Сассекса и Национальной физической лаборатории Великобритании предложили использовать атомные часы для обнаружения определенных низкочастотных частиц. Предполагается, что этот загадочный материал потенциально может состоять из массовых частиц.

Идея заключается в том, что эти частицы взаимодействуют с обычными частицами материи, но очень слабо. Атомные часы основаны на почти незаметных колебаниях атомов, когда они перемещаются между энергетическими состояниями, чтобы определять время, поэтому любой небольшой сдвиг в этих колебаниях – например, от сверхлегкой частицы темной материи – может быть обнаружен.

Во-первых, исследователи предложили несколько теоретических моделей того, как можно измерить изменения времени атомных часов. После этого они взяли показания существующих атомных часов, чтобы доказать жизнеспособность подхода.

Следующим шагом будет постановка эксперимента, в котором можно было бы сравнить два атомных часа: одни из них были немного больше подвержены изменениям в так называемых фундаментальных константах или постоянных значениях, на которых основаны законы Вселенной.

В этом конкретном исследовании рассматривались две фундаментальные константы: постоянная тонкой структуры, которая описывает, насколько сильно электроны притягиваются к протонам в атоме, и соотношение масс электрона и протона, которое указывает на «тяжесть» атомов.

Обе константы могут быть нарушены в результате взаимодействия с некоторыми сверхлегкими частицами. предположительно ответственен за эффекты темной материи, такие как гипотетический аксион. Это исследование устанавливает ограничения на величину изменений, которые, возможно, указывают на присутствие частиц.

Очевидно, что здесь много теории, и мы имеем дело со множеством предположений и предсказаний, хотя и очень разумных. . Однако в конечном итоге малейшие изменения в тикании атомных часов могут иметь глубокие последствия для физики.

Атомные часы чрезвычайно полезны для ученых, помимо того, что они способны отслеживать время с беспрецедентной точностью на протяжении миллиардов лет. Их использовали, например, для измерения гравитационного красного смещения — того, как гравитация может влиять на время.

Они также важны и в квантовой физике, и открыли области исследований для способов получения квантовой информации. могут быть переданы или сохранены. Теперь кажется, что они тоже могут быть детекторами темной материи.

Эти результаты не основаны на каких-либо ранее существовавших теориях, говорят исследователи, а созданные модели обладают большой гибкостью — потенциально достаточной, чтобы их можно было применять за пределами область темной материи и другие необъяснимые явления.

Результаты исследования опубликованы в New Journal of Physics.