رازگشایی از اسرار ماده تاریک با دقیق‌ترین ساعت‌ جهان

ساعت‌های اتمی دقیق‌ترین ابزار اندازه‌گیری زمان هستند. یک مطالعه جدید روشی را در استفاده از سطح دقت ابزارها برای تشخیص کوچکترین نوسانات انرژی پیشنهاد می‌کند که به طور بالقوه راهی برای مشاهده ماده تاریک به دانشمندان می‌دهد.

اگرچه ما مستقیماً ماده تاریک را مشاهده نکرده‌ایم، اما می‌توانیم اثرات آن را بر جهان ببینیم. به طرز ناامیدکننده‌ای، هیچ چیزی در مدل‌های فعلی فیزیک ما برای توضیح آنچه می‌بینیم وجود ندارد. اکنون محققان دانشگاه ساسکس و آزمایشگاه ملی فیزیک در بریتانیا استفاده از ساعت‌های اتمی را برای شناسایی ذرات کم جرمی که به‌ طور بالقوه این ماده مرموز یعنی ماده تاریک را تشکیل می‌دهند، پیشنهاد کرده‌اند.

به‌نظر می‌رسد که این ذرات با «ذرات ماده منظم»، اما بسیار ضعیف برهم کنش می‌کنند. ساعت‌های اتمی به نوسانات تقریباً نامحسوس اتم‌ها که بین حالت‌های انرژی حرکت می‌کنند تا زمان را مشخص کنند، متکی هستند بنابراین هرگونه ضربه خفیف به این نوسانات، برای مثال از یک ذره ماده تاریک فوق‌سبک، قابل مشاهده است.

ابتدا، محققان مدل‌های نظری را برای چگونگی اندازه‌گیری تغییرات در زمان‌بندی ساعت اتمی پیشنهاد کردند. پس از آن، آن‌ها از ساعت‌های اتمی موجود برای کمک به اثبات دوام این رویکرد استفاده کردند.

گام بعدی، راه اندازی آزمایشی است که در آن بتوان دو ساعت اتمی را با هم مقایسه کرد: ساعتی که کمی بیشتر مستعد تغییرات در آنچه به عنوان پایه‌های ثابت یا مقادیر ثابت که قوانین کیهان بر آن استوار است، بود.

در این مطالعه دو پایه ثابت مورد بررسی قرار گرفتند: «ریز ساختار ثابت» که توصیف می‌کند چگونه الکترون‌ها به شدت جذب پروتون‌های یک اتم می‌شوند و نسبت جرم الکترون به پروتون، که نشان‌دهنده «سنگینی» اتم‌هاست.

هر دو پایه ثابت می‌توانند با برهم‌کنش ذرات فوق‌سبکی مانند اکسیون، که به نظر می‌رسد مسئول اثرات ماده تاریک هستند، مختل شوند. این مطالعه محدودیت‌هایی را برای بزرگی تغییرات تعیین می‌کند که احتمالاً حضور ذرات را نشان می‌دهد.

واضح است که در اینجا تئوری‌های زیادی وجود دارد و ما با مفروضات و پیش بینی‌های زیادی سر و کار داریم که البته بسیار هوشمندانه هستند. در نهایت، تغییرات دقیقه‌ای در تیک تاک ساعت اتمی می‌تواند  پیامد‌های عمیقی برای فیزیک داشته باشد.

ساعت‌های اتمی فراتر از اینکه بتوانند زمان را با دقتی بی نظیر در طول میلیارد‌ها سال نگه دارند، برای دانشمندان بسیار مفید هستند. این ساعت‌ها برای اندازه‌گیری انتقال به سرخ گرانشی استفاده شده‌اند؛ به عنوان مثال، راهی که گرانش می‌تواند با زمان تداخل داشته باشد. آن‌ها همچنین در فیزیک کوانتومی نیز مهم هستند و زمینه‌های تحقیقاتی را به روی راه‌هایی باز کرده‌اند که می‌توانند اطلاعات کوانتومی را منتقل یا ذخیره کنند. اکنون به نظر می‌رسد که آن‌ها می‌توانند آشکارساز‌های ماده تاریک نیز باشند.

محققان می‌گویند این یافته‌ها بر هیچ نظریه‌ای متکی نیستند و مدل‌های تولید شده انعطاف‌پذیری زیادی دارند که فراتر از قلمرو ماده تاریک و در سایر پدیده‌های غیرقابل توضیح است.

منبع: خبرآنلاین