JILA的研究人員使用了最先進的原子鐘來縮小對難以捉摸的暗物質的搜索范圍，這是一個不斷改進的時鐘如何超越計時的價值的例子。

在微波頻率下工作的較早原子鐘以前一直在尋找暗物質，但這是第一次在較高光頻率下工作的較新原子鐘和用于確保穩(wěn)定光波的超穩(wěn)定振蕩器用于設定更精確的界限。在搜索上。該研究在《物理評論快報》中進行了描述。

天體物理學的觀察表明，暗物質構成了宇宙中“物質”的大部分，但到目前為止，它尚未被捕獲。世界各地的研究人員一直在尋找各種各樣的形式。JILA團隊專注于超輕暗物質，其理論上質量很小(遠小于單個電子)，并且具有巨大的波長(粒子在太空??中擴散的距離)，可能與矮星系的大小一樣大。這種類型的暗物質在重力作用下將與星系結合，從而與普通物質結合。

預計超輕暗物質會在兩個基本物理“常數(shù)”中產(chǎn)生微小的波動：電子質量和精細結構常數(shù)。JILA團隊使用鍶晶格時鐘和氫微波激射器(激光的微波版本)分別將其眾所周知的光學和微波頻率與在由單晶制成的超穩(wěn)定腔中共振的光的頻率進行比較。純硅。所得的頻率比對兩個常數(shù)隨時間的變化敏感。比率和常數(shù)的相對波動可以用作將暗物質的宇宙學模型與公認的物理學理論聯(lián)系起來的傳感器。

JILA團隊在地板上為“正常”波動設置了新的限制，超過此限制，以后發(fā)現(xiàn)的任何異常信號可能是由暗物質引起的。研究人員將超輕暗物質與電子質量的耦合強度和精細結構常數(shù)限制在10 -5或更小數(shù)量級，這是有史以來最精確的測量值。

NIST / JILA研究員Jun Ye說：“實際上沒有人知道您將在實驗室測量中看到什么濃度的暗物質。” “問題在于我們目前所知的物理學還不是很完整。我們知道有些東西丟失了，但我們還不知道如何解決它。”

耶補充說：“我們從天文學的觀測中知道暗物質的存在，但我們不知道暗物質如何與普通物質和我們測量的值聯(lián)系起來。” “像我們這樣的實驗使我們能夠測試人們試圖探索暗物質性質的各種理論模型。通過設定越來越好的界限，我們希望排除一些不正確的理論模型，并最終在以后發(fā)現(xiàn)。”

葉說，科學家們不確定暗物質是否由影響局部環(huán)境的顆?；蛘袷巿鼋M成。他說，JILA實驗旨在檢測暗物質對普通物質和電磁場的“拉動”效應。

原子鐘是暗物質的主要探測器，因為它們可以檢測基本常數(shù)的變化，并且在精度，穩(wěn)定性和可靠性方面正在迅速提高。腔體的穩(wěn)定性也是新測量中的關鍵因素?？涨恢泄獾墓舱耦l率取決于空腔的長度，該長度可以追溯到玻爾半徑(物理常數(shù)等于氫原子中原子核與電子之間的距離)。玻爾半徑還與精細結構常數(shù)和電子質量的值有關。因此，與原子中的躍遷頻率相比，諧振頻率的變化可以指示由暗物質引起的這些常數(shù)的波動。

研究人員以30%的時間運行時鐘的情況下，收集了12天的鍶/腔頻率比數(shù)據(jù)，得出的數(shù)據(jù)集為978,041秒。氫氣maser數(shù)據(jù)跨度33天，其中maser運行94%的時間，產(chǎn)生了2,826,942秒的記錄。氫/腔頻率比對電子質量提供了有用的靈敏度，盡管微波激射器不如鍶時鐘穩(wěn)定并且產(chǎn)生噪聲更大的信號。

JILA研究人員在最近的改進時標演示中收集了暗物質搜索數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)結合了來自多個原子鐘的數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生單個高度精確的計時信號進行分配。隨著原子鐘性能，光腔和時標的改進，將來，可以以更高的分辨率重新檢查頻率比，從而進一步擴展了暗物質搜索的范圍。

耶說：“任何時候只要運行一個光學原子時標，就有機會設定一個新的界限或發(fā)現(xiàn)暗物質。” “將來，當我們可以將這些新系統(tǒng)送入軌道時，它將成為有史以來為暗物質搜尋而建造的最大的'望遠鏡' 。”