Ein gemeinsames Team von Physikern der University of Sussex und des National Physical Laboratory, beide im Vereinigten Königreich, hat Experimente zur Identifizierung ultraleichter Teilchen dunkler Materie entwickelt. In ihrem im Open-Access veröffentlichten Artikel Neue Zeitschrift für Physikbeschreibt die Gruppe, wie sie versuchen, die hohe Präzision von Atomuhren zu nutzen, um „Kicks“ von ultraleichten Teilchen aus dunkler Materie zu erkennen, die zu Zeitschwankungen führen und so Hinweise auf dunkle Materie liefern würden.
Derzeit ist die Existenz dunkler Materie nicht nachweislich – vielmehr handelt es sich eher um einen Platzhalter, der geschaffen wurde, um Beobachtungen von Abweichungen vom Standardmodell der Physik zu erklären – wie etwa bestimmte Gravitationseffekte auf Galaxien. Seit seiner Entwicklung als Theorie in den frühen 1930er Jahren haben Physiker auf der ganzen Welt Theorien und Experimente entwickelt, um seine Existenz zu beweisen.
Leider konnte trotz viel Zeit und Mühe kein solcher Beweis gefunden werden. In diesem neuen Projekt arbeitet das Team im Vereinigten Königreich an einer neuartigen Möglichkeit, den Theorien zur Dunklen Materie mehr Glaubwürdigkeit zu verleihen – indem es Atomuhren verwendet, um ultraleichte Teilchen der Dunklen Materie zu erkennen.
Atomuhren erreichen ihre Präzision, indem sie sich die Präzision zunutze machen, die der Atomresonanz innewohnt – Atome oszillieren auf hochpräzise Weise zwischen Energiezuständen. Die Forscher dieser neuen Studie hoffen, mit dieser Präzision ultraleichte Teilchen der Dunklen Materie identifizieren zu können, bei denen es sich, wie der Name schon sagt, um theoretisch winzige Teilchen handelt, aus denen die Dunkle Materie besteht.
Die Verwendung einer Atomuhr zu ihrer Identifizierung basiert auf der Idee, dass die Präzision von Atomuhren geringfügig beeinträchtigt werden könnte, wenn, wie die Theorie nahelegt, ultraleichte und dunkle Materieteilchen in der Lage sind, sehr schwach mit normaler Materie – wie den verwendeten Atomen – zu interagieren als Basis für eine Atomuhr. Und wenn solch winzige Änderungen der Schwingungsfrequenz eines bestimmten Atoms auftreten würden, ist das Forschungsteam zuversichtlich, dass sie beobachtet und möglicherweise gemessen werden könnten. Wenn dies gelänge, hätten Wissenschaftler Hinweise auf Dunkle Materie. Der nächste Schritt besteht darin, dass ein Team angewandter Physiker einen Apparat baut, mit dem sie ihre neuen Ideen testen können.
Mehr Informationen:
Nathaniel Sherrill et al., Analyse von Atomuhrdaten zur Einschränkung von Variationen grundlegender Konstanten, Neue Zeitschrift für Physik (2023). DOI: 10.1088/1367-2630/aceff6. An arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2302.04565
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