Тёмная материя через призму времени: как атомные часы раскрывают неизведанные границы пространства

Обсерватории в астрономии указывают на присутствие «тёмной материи», которая составляет более 80% всей материи во Вселенной. Она взаимодействует с видимой материей главным образом через гравитационные силы, а отсутствие взаимодействия с фотонами и делает её «тёмной».

Одним из перспективных теоретических подходов является идея, что тёмная материя может состоять из частиц, которые ведут себя больше как волны, нежели как отдельные частицы. Эти так называемые «ультралёгкие» частицы тёмной материи могли бы привести к мельчайшим колебаниям постоянной тонкой структуры.

Для поиска ультралёгкой тёмной материи исследователи из PTB использовали часы, чувствительные к возможным изменениям постоянной тонкой структуры. В ходе многомесячных измерений часы сравнивались с двумя другими атомными часами с меньшей чувствительностью.

Результаты измерений не показали значительных колебаний, характерных для ультралёгкой тёмной материи, поэтому тёмная материя осталась «тёмной» даже при более тщательном рассмотрении. Однако, отсутствие сигнала позволило определить новые экспериментальные верхние пределы возможного взаимодействия ультралёгкой материи с фотонами, улучшив предыдущие пределы более чем на порядок.

В то же время исследователи изучили, изменяется ли постоянная тонкой структуры со временем, и не обнаружили такой вариации. Эти данные указывают на то, что постоянная остаётся неизменной даже на длительных временных промежутках.

Этот эксперимент является важным шагом к созданию более компактных и надёжных оптических сравнений частот – например, для будущего поиска тёмной материи в космосе.