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.


— 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.