Eine ungewöhnliche Form von Cäsiumatomen hilft einem von der University of Queensland geleiteten Forschungsteam, unbekannte Teilchen zu entlarven, aus denen das Universum besteht.
Dr. Jacinda Ginges von der School of Mathematics and Physics der UQ sagte, dass sich das ungewöhnliche Atom – bestehend aus einem gewöhnlichen Cäsiumatom und einem Myon genannten Elementarteilchen – als wesentlich erweisen könnte, um die grundlegenden Bausteine des Universums besser zu verstehen.
„Unser Universum ist für uns immer noch ein Rätsel“, sagte Dr. Ginges.
„Astrophysikalische und kosmologische Beobachtungen haben gezeigt, dass die Materie, die wir kennen – in der Physik allgemein als ‚Standardmodell‘-Teilchen bezeichnet – nur fünf Prozent des Materie- und Energiegehalts des Universums ausmacht.“
„Die meiste Materie ist ‚dunkel‘, und wir kennen derzeit kein Teilchen oder keine Wechselwirkung innerhalb des Standardmodells, die dies erklärt.“
„Die Suche nach Teilchen der Dunklen Materie steht an vorderster Front der Teilchenphysikforschung, und unsere Arbeit mit Cäsium könnte sich als wesentlich erweisen, um dieses Rätsel zu lösen.“
Die Arbeit könnte eines Tages auch die Technologie verbessern.
„Die Atomphysik spielt eine wichtige Rolle in Technologien, die wir täglich verwenden, wie etwa die Navigation mit dem Global Positioning System (GPS), und die Atomtheorie wird auch weiterhin wichtig für die Weiterentwicklung neuer Quantentechnologien auf der Basis von Atomen sein“, sagte Dr. Ginges .
Durch theoretische Forschung haben Dr. Ginges und ihr Team das Verständnis der magnetischen Struktur des Cäsiumkerns, seiner Wirkungen im atomaren Cäsium und der Wirkungen des seltsamen und wunderbaren Myons verbessert.
„Ein Myon ist im Grunde ein schweres Elektron – 200-mal massereicher – und es umkreist den Kern 200-mal näher als die Elektronen“, sagte Dr. Ginges.
„Dadurch kann es Details der Struktur des Zellkerns aufgreifen.“
„Es klingt kompliziert, aber kurz gesagt, diese Arbeit wird dazu beitragen, atomtheoretische Berechnungen zu verbessern, die bei der Suche nach neuen Teilchen verwendet werden.“
Die Forscher sagten, dass der neue Ansatz durch die Verwendung präziser Atommessungen eine höhere Empfindlichkeit und eine alternative Technik zum Auffinden neuer Teilchen bieten kann.
„Sie haben vielleicht schon vom Large Hadron Collider am CERN gehört, dem größten und leistungsstärksten Teilchenbeschleuniger der Welt, der subatomare Materie mit hoher Energie zerschmettert, um zuvor unsichtbare Teilchen zu finden“, sagte Dr. Ginges.
„Aber unsere Forschung kann eine größere Sensitivität bieten, mit einer alternativen Technik, um neue Teilchen zu finden – durch atomare Präzisionsmessungen.“
„Es braucht keinen riesigen Collider und verwendet stattdessen Präzisionsinstrumente, um bei niedriger Energie nach atomaren Veränderungen zu suchen.“
„Eher als explosive, hochenergetische Kollisionen ist es das Äquivalent zur Schaffung eines ultraempfindlichen ‚Mikroskops‘, um die wahre Natur der Atome zu bezeugen.“
„Dies kann eine empfindlichere Technik sein, um Partikel zu enthüllen, die Partikelbeschleuniger einfach nicht sehen können.“
Cäsium hat einen Moment Zeit, nachdem es kürzlich in den Nachrichten als das Element in der radioaktiven Kapsel erwähnt wurde, die im Outback von Westaustralien verloren ging und anschließend gefunden wurde.
Diese von Dr. Ginges geleitete Forschung wurde zusammen mit dem Doktoranden George Sanamyan und Dr. Benjamin Roberts durchgeführt und in veröffentlicht Briefe zur körperlichen Überprüfung.
Mehr Informationen:
G. Sanamyan et al, Empirical Determination of the Bohr-Weisskopf Effect in Cäsium and Improved Tests of Precision Atomic Theory in Searches for New Physics, Briefe zur körperlichen Überprüfung (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.053001