12 сен 2023 2 632

Магия точности: атомные часы помогут понять природу темной материи

Атомные часы предоставляют наиболее точный способ измерения времени. Недавнее исследование предлагает использовать их высокую точность для обнаружения мельчайших колебаний энергии, что может помочь в изучении темной материи.

Темная материя остается загадкой и наблюдается только через ее влияние на Вселенную. На данный момент у нас нет физической модели, которая могла бы объяснить это явление.

Ученые из Университета Сассекса и Национальной физической лаборатории Великобритании предложили использовать атомные часы для обнаружения частиц низкой массы, которые могут составлять темную материю.

Предполагается, что эти частицы слабо взаимодействуют с обычными частицами материи. Атомные часы используют колебания атомов, чтобы измерять время, и малое отклонение в этих колебаниях может свидетельствовать о наличии сверхлегкой частицы темной материи.

В исследовании предложено несколько теоретических моделей для измерения изменений в атомных часах. Затем ученые проанализировали показания существующих часов, чтобы продемонстрировать эффективность этого подхода.

Следующим шагом будет проведение эксперимента, в котором сравнят два атомных часа: одни будут более чувствительны к изменениям фундаментальных констант, основанных на законах Вселенной.

В исследовании были рассмотрены две фундаментальные константы: константа тонкой структуры, описывающая взаимодействие электронов и протонов в атоме, и отношение масс электрона к протону, характеризующее «тяжесть» атомов.

Обе константы могут быть изменены в результате взаимодействия с частицами темной материи, такими как гипотетический аксион. Исследование устанавливает ограничения на эти изменения, что может свидетельствовать о наличии таких частиц.

Мы установили границы параметров, контролирующих изменение постоянной тонкой структуры α и отношения масс электрона к протону µ . Рассматриваются вариации сроков от минуты до почти суток. Кроме того, мы используем наши результаты, чтобы вывести некоторые из самых жестких на сегодняшний день ограничений на пространство параметров моделей сверхлегкой темной материи и аксионоподобных частиц. Важно отметить, что здесь еще много теории, и мы имеем дело с множеством предположений и прогнозов. Однако даже небольшие изменения в работе атомных часов могут иметь глубокое значение для физики

— Натаниэль Шерилл, ведущий автор исследования.

Атомные часы являются невероятно важными для научных исследований, поскольку позволяют измерять время с высочайшей точностью на протяжении миллиардов лет. Они применяются для изучения гравитационного красного смещения и в квантовой физике, расширяя области исследования методов передачи и хранения квантовой информации. Теперь они также могут использоваться в области темной материи.

Исследователи отмечают, что их результаты не основаны на предыдущих теориях и предлагаемые модели могут быть применены и к другим неразрешенным явлениям. Это исследование было опубликовано в журнале New Journal of Physics.