Німецькі фізики винайшли найточніший детектор темної матерії

Науковці використовують унікальні ядерні властивості ізотопу торію-229 для створення надточного «ядерного годинника», здатного виявляти сили у 10 трильйонів разів слабші за гравітацію. Така чутливість може зробити його інструментом для пошуку слідів темної матерії — невидимої субстанції, що, як вважають, становить близько 80% маси Всесвіту.

Ідея базується на вимірюванні часу за коливаннями атомного ядра, а не електронів, як у сучасних атомних годинниках. Торій-229 має рідкісну низьку резонансну частоту, яку можна збуджувати звичайними ультрафіолетовими лазерами, що робить його ідеальним кандидатом для ядерного годинника. Минулого року групи в Німеччині та США досягли значного прогресу, вперше вимірявши частоту з безпрецедентною точністю.

Дослідники з Інституту Вейцмана разом із німецькими колегами запропонували новий підхід: шукати зміни не лише у самій резонансній частоті, а й у всьому спектрі поглинання торію-229. За їхніми розрахунками, це дозволить виявляти вплив темної матерії навіть тоді, коли він у 100 мільйонів разів слабший за гравітацію. Такі зміни можуть проявлятися як тимчасові зсуви спектра, спричинені хвилеподібною природою темної матерії, що змінює масу атомних ядер.

Хоча потрібна ще вища точність для побудови повноцінного годинника, метод уже може застосовуватися у пошуку темної матерії. Вчені також змоделювали, як різні теоретичні моделі цієї субстанції впливатимуть на спектр торію-229, щоб у майбутньому можна було ідентифікувати її природу.

Якщо ядерний годинник вдасться реалізувати, він може революціонізувати не лише астрофізику, а й навігацію, зв’язок та управління енергосистемами. Його точність перевищить можливості атомних годинників у 100 000 разів у контексті пошуку темної матерії, відкриваючи нову чутливу область, де досі ніхто не проводив експериментів.