Времето „тиктака“ по нов начин – часовниците се научиха да улавят това, което се крие от цялата Вселена
От близо век учени от целия свят се пробват да открият тъмната материя – невидима субстанция, за която се счита, че съставлява към 80% от масата на Вселената и изяснява доста физични феномени. Изпробвани са доста способи – от опити за синтезиране на тъмна материя в ускорители на частици до търсене на следи от нея в галактическото излъчване.
Но даже и през днешния ден се знае доста малко за свойствата на тази материя. Смята се, че тя въздейства на елементарната, забележима материя, само че го прави по толкоз тънък метод, че актуалните принадлежности не могат да открият тези резултати непосредствено.
Физиците считат, че пробивът може да пристигна от нуклеарните часовници – устройство, което мери времето, употребявайки вибрациите на атомното ядро.
Ако те могат да бъдат основани, даже и най-малките разстройства в ритъма им на „ цъкане “ биха могли да бъдат доказателство за въздействието на тъмната материя. Миналата година учени от Германия и Съединени американски щати направиха значима стъпка в тази посока, като започнаха да употребяват радиоактивния изотоп торий-229.
Когато теоретиците от групата на професор Гилад Перес в института „ Вайцман “ научават за тези триумфи, те осъзнават, че има нова опция да се приближат до разгадаването на тъмната материя. Заедно с немски сътрудници те разгласяват публикация в списание Physical Review X, в която оферират нетрадиционен метод за търсене на следи от тъмна материя посредством държанието на ядрото на торий-229.
Както дете на люлка се люлее в ритъма на тласъците, по този начин и атомното ядро има своя „ резонансна периодичност “ – идеалния темп, при който може да минава от едно квантово положение в друго. Обикновено е належащо доста мощно излъчване, с цел да се възбуди ядрото, само че торий-229 има толкоз ниска периодичност, че елементарен ултравиолетов лазер може да се оправи с нея. Именно това заинтересувало учените, които мечтаели за нуклеарен часовник, в който ритъмът се задава не от облак електрони, а от самото ядро.
Първата стъпка обаче се оказала задънена улица. За да се сътвори подобен часовник, е належащо да се знае тъкмо резонансната периодичност на торий-229. Учените се пробват да я измерят от съвсем половин век, като насочват лазер към ядрото и наблюдават какъв брой сила то гълтам или излъчва по време на преходите сред положенията. Тези данни се употребяват за изграждане на така наречен набор на усвояване, в който максимумът демонстрира търсената периодичност.
Едва през предходната година беше реализиран осезателен прогрес. Първо, екип от Германския институт по метрология показа относително точни измервания. Малко по-късно учени от Университета в Колорадо реализираха милиони пъти по-висока акуратност.
Според Перес точността към момента би трябвало да се усъвършенства, преди да бъде основан пълностоен нуклеарен часовник, само че даже и в този момент е допустимо да се опитаме да осезаем следи от тъмна материя. Ако Вселената се състоеше единствено от елементарна материя, спектрите на усвояване на материята нямаше да се трансформират с течение на времето. Но тъмната материя, която ни заобикаля, може неуловимо да повлияе на масата на ядрата, предизвиквайки дребни промени в тези спектри.
Теоретичните калкулации на екипа на Перес, управителен от Д-р Волфрам Ратцигер демонстрират, че резултатът на тъмната материя би бил видим, даже в случай че тя е 100 милиона пъти по-слаба от гравитацията. В края на краищата самата гравитация е доста едва взаимоотношение.
Според Ратцигер не е задоволително просто да се търси смяна в честотата. Необходимо е да се следи цялата форма на спектъра, тъй като точно в нея могат да се проявят скрити сигнали. Досега не са открити никакви аномалии, само че в този момент откривателите разполагат с инструмент, с който да ги разпознават, когато се появят. И в случай че това се случи, ще бъде допустимо да се пресметна масата на самата парченце от тъмна материя, която е провокирала аномалиите.
Учените към този момент моделират по какъв начин другите хипотези за тъмната материя могат да повлияят на спектъра на торий-229. Това ще им разреши в бъдеще да схванат кои от моделите са в действителност близки до действителността.
Докато лабораториите не престават да усъвършенстват измерванията на резонансната периодичност на торий-229, създаването на нуклеарен часовник може да отнеме години, само че в случай че съумеят, това ще докара до гражданска война в доста области – от сателитната навигация и връзките до фундаменталните научни проучвания.
Днешните атомни часовници, основани на електронни преходи, са доста точни, само че са податливи на електромагнитни разстройства. Ядрата, въпреки това, са съвсем нечувствителни. Ето за какво, споделя Перес, нуклеарните часовници, основани на торий-229, ще бъдат съвършен инструмент за търсене на тъмна материя. Те ще могат да откриват такива дребни отклонения, които в този момент са немислими – десетки трилиони пъти по-слаби от гравитацията. Това ще бъде сензитивност, която превъзхожда съществуващите способи 100 хиляди пъти.
