超精密原子鐘布下“天羅地網”抓捕暗物質

 行業新聞     |      2019-03-28

 來源:科技日報
     科技日報北京12月10日電 (記者劉霞)據美國太空網近日報道,研究人員正在建立一個由迄今最精確的計時器——原子鐘組成的網絡,以“抓捕”暗物質。暗物質是一種看不見的物質,據信約占宇宙所有物質的六分之五。

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3月29日凌晨,一個美國、加拿大、德國聯合團隊在最新一期《自然》雜志上宣布,他們發現了一個幾乎不存在暗物質的星系。

暗物質通過其對恒星和星系運動的引力效應來宣示自身的存在,但科學家一直未厘清它由什么構成。目前,所有已知粒子作為暗物質備選粒子的可能解釋基本上已被排除,剩下的可能解釋是:暗物質由一種新粒子組成;或者暗物質根本不由粒子組成,而是一種像重力一樣遍布空間的場。

最新研究負責人、波蘭哥白尼大學的彼得·維希斯洛說,以前的研究表明,如果暗物質是一種場,“拓撲缺陷”可能會出現在其中,這種結構的形狀像點、弦或片,大小可能至少與行星相當,其可能在大爆炸之后的混沌中形成,并在早期宇宙冷卻時基本上凍結成穩定形式。

科學家正在通過尋找原子鐘中的干擾來測試暗物質場的存在。研究人員解釋說,其與拓撲缺陷相互作用可能會使原子鐘的原子暫時振動得更快或更慢。通過監視一個同步原子鐘網絡(原子鐘分布得足夠遠,有些會受到拓撲缺陷影響,而其他的不受影響),可以檢測到這些“幽靈”結構的存在并測量它們的大小和速度等。

研究人員使用了光學原子鐘,他們計算得出,通過拓撲缺陷可增加或減少精細結構常數(描述電磁力的整體強度),這些變化將改變原子對激光的響應方式以及這些時鐘滴答的速率。通過分析位于美國、法國、波蘭和日本的4個原子鐘,他們可以尋找精細結構常數內的細微變化,靈敏度比以前實驗高約100倍。但迄今他們沒有發現任何與暗物質一致的信號。

維希斯洛表示,他們的目標是在未來一兩年內將網絡中的原子鐘數量增加一倍,這可將網絡的靈敏度和觀察時間提高10倍或更多。