Atómové hodiny sú najpresnejšie časomerné prístroje, aké máme. Ako informuje portál ScienceAlert, nová štúdia navrhuje spôsob, ako využiť ohromujúcu úroveň presnosti týchto prístrojov na detekciu najmenších energetických výkyvov. To by vedcom mohlo poskytnúť spôsob, ako pozorovať niektoré typy temnej hmoty.
Temná hmota sa stále ukazuje ako nepolapiteľná - hoci sme ju nepozorovali priamo, môžeme vidieť jej účinky na vesmír. Je frustrujúce, že v našich súčasných modeloch fyziky nie je nič, čo by vysvetlilo to, čo vidíme.
Atómové hodiny ako detektor
Tu výskumníci z University of Sussex a National Physical Laboratory vo Veľkej Británii navrhli použiť atómové hodiny na detekciu určitých častíc s nízkou hmotnosťou, o ktorých sa predpokladá, že by potenciálne tvorili tento záhadný materiál.
Predpokladá sa, že tieto častice interagujú s časticami bežnej hmoty, ale len veľmi slabo. Atómové hodiny sa spoliehajú na takmer nepostrehnuteľné oscilácie atómov, keď sa pohybujú medzi energetickými stavmi, takže je možné zaznamenať akékoľvek mierne klepanie na tieto oscilácie – napríklad ultraľahkou časticou tmavej hmoty.
Výskumníci v štúdii publikovanej v New Journal of Physics navrhli niekoľko teoretických modelov, ako možno merať odchýlky v časovaní atómových hodín. Potom vzali údaje z existujúcich atómových hodín, aby pomohli dokázať životaschopnosť tohto prístupu.
Komplikovaný experiment
Ďalším krokom by bolo vytvorenie experimentu, v ktorom by sa dali porovnať dve atómové hodiny, kde jedny by boli o niečo citlivejšie na zmeny v takzvaných základných konštantách alebo konštantných hodnotách, na ktorých sú založené zákony vesmíru.
V tejto konkrétnej štúdii sa skúmali dve základné konštanty: konštanta jemnej štruktúry, ktorá opisuje, ako silne sú elektróny priťahované k protónom v atóme, a hmotnostný pomer elektrónu k protónu, ktorý naznačuje „ťažkosť“ atómov.
Obe konštanty by mohli byť narušené interakciami s určitými ultraľahkými časticami, o ktorých sa predpokladá, že sú zodpovedné za účinky tmavej hmoty, ako je hypotetický axion. Táto štúdia stanovuje limity pre veľkosť variácií, ktoré by mohli naznačovať prítomnosť týchto častíc.
Hlboké dôsledky pre fyziku
Je nám jasné, že si si práve prečítal príliš veľa teoretických výrazov a slovných spojení, s ktorými si sa pravdepodobne stretol prvýkrát. Máme tu do činenia s množstvom predpokladov a predpovedí – aj keď veľmi inteligentných. V konečnom dôsledku by však nepatrné zmeny v tikaní atómových hodín mohli mať hlboké dôsledky pre fyziku.
Atómové hodiny sú pre vedcov veľmi užitočné, pretože nie sú schopní sledovať čas s bezkonkurenčnou presnosťou v priebehu miliárd rokov. Používali sa napríklad na meranie gravitačného červeného posunu, spôsobu, akým gravitácia môže interferovať s časom.
Sú tiež dôležité v kvantovej fyzike a otvorili oblasti výskumu pre spôsoby prenosu alebo ukladania kvantových informácií. Teraz sa zdá, že by to mohli byť aj detektory temnej hmoty. Výskumníci tvrdia, že tieto zistenia sa nespoliehajú na žiadne už existujúce teórie a vytvorené modely majú veľkú flexibilitu – potenciálne dostatočnú na to, aby sa dali aplikovať mimo sféry temnej hmoty a na iné nevysvetliteľné javy.