Ядерные часы на основе тория-229 могут раскрыть тайну тёмной материи

Торий-229 может стать ключом к созданию ядерных часов, достаточно чувствительных для обнаружения тёмной материи. Фото: AI/ScienceDaily.com

Почти столетие учёные по всему миру пытаются обнаружить тёмную материю — невидимую субстанцию, которая, как считается, составляет около 80% массы Вселенной. Несмотря на многочисленные попытки, включая эксперименты на ускорителях частиц и поиск космического излучения, фундаментальные свойства тёмной материи остаются загадкой.

Прорыв в этой области может совершить разработка ядерных часов — сверхточного устройства, использующего колебания атомного ядра для измерения времени. В прошлом году физики из Германии и Колорадо сделали важный шаг в этом направлении, работая с радиоактивным элементом торием-229. Когда исследователи из группы профессора Гилада Переса в Институте науки Вейцмана узнали об этом достижении, они предложили новый метод поиска тёмной материи ещё до создания полноценных ядерных часов.

«Ядерные часы станут идеальным детектором — они смогут улавливать силы в 10 триллионов раз слабее гравитации с разрешением в 100 000 раз выше современных методов поиска тёмной материи»

Особенность тория-229 заключается в его уникально низкой резонансной частоте, которая позволяет манипулировать ядром с помощью стандартных лазерных технологий. Это делает его идеальным кандидатом для создания ядерных часов, где время будет измеряться по «качанию» ядра между квантовыми состояниями.

Недавно опубликованное в Physical Review X исследование предлагает использовать сверхточные измерения спектра поглощения тория-229 для обнаружения влияния тёмной материи. Теоретические расчёты показывают, что новый метод позволит обнаружить воздействие тёмной материи, даже если оно будет в 100 миллионов раз слабее гравитации.

«Мы ещё не нашли ожидаемых отклонений, — говорит доктор Вольфрам Ратцингер, — но заложили основу для их обнаружения. Когда это произойдёт, мы сможем определить массу частиц тёмной материи».

Создание ядерных часов может революционизировать не только фундаментальную физику, но и такие области, как навигация, связь и энергетика. В отличие от современных атомных часов, ядерные часы практически не подвержены влиянию внешних электромагнитных полей.

Европейский исследовательский совет (ERC) уже выделил грант на продолжение этой работы. В исследовании также участвовали учёные из Национального метрологического института Германии (PTB) и Университета Лейбница в Ганновере.