一個德國科學家團隊提出了一種探測暗物質及其對釷-229（Thorium-229）原子核特性影響的新方法。該原子核正被研究人員用于核鐘項目。

該科學家團隊進行的理論計算表明，即使暗物質的影響比引力弱1億倍，新的測量方法也能探測到其影響。根據研究團隊成員之一的說法，基于釷-229的核鐘將成為探測暗物質的終極探測器。

核鐘 vs 原子鐘

核鐘與原子鐘的一個主要區別在于，前者利用的是原子的原子核，而后者利用的是原子的外層電子殼層。因此，一旦建成，核鐘將更加精確，因為原子核更穩定，不易受外部因素干擾。

原子鐘已被制造出來，并應用于精確計時、電信、衛星導航和研究等多個領域。如今，它們是最精確的計時設備。核鐘則可能取代它們，開啟技術和研究的新紀元。

從美國到德國，世界各地的科學家都在基于釷-229同位素進行研究，以期制造出核鐘。然而，這一進展充滿挑戰，因為釷-229非常稀有，具有放射性，且為達到所需的大量，獲取成本極其高昂。美國的一個研究團隊最近發現，使用物理氣相沉積法（PVD）處理釷-229，可以減少制造核鐘所需的這種昂貴且具有放射性的同位素的用量。

通過釷-229尋找暗物質

與此同時，在多個團隊致力于制造核鐘之際，由魏茨曼科學研究所（Weizmann Institute of Science）吉拉德·佩雷斯（Gilad Perez）教授的理論物理小組領導的團隊聲稱，他們發現了一個推進暗物質搜尋的新機遇。

該團隊表示，他們甚至可以在功能完善的核鐘成為現實之前就開始搜尋暗物質。

“我們仍然需要更高的精度來開發核鐘，”佩雷斯說，“但我們已經找到了研究暗物質的機會?！?/p>

“在一個僅由可見物質組成的宇宙中，任何物質的物理條件和吸收光譜都將保持不變。但因為暗物質包圍著我們，其波狀特性能夠微妙地改變原子核的質量，并導致其吸收光譜發生暫時性偏移，”他補充道。

研究人員假設，“以極高精度探測釷-229吸收光譜中微小偏差的能力，可以揭示暗物質的影響”，并幫助他們研究其特性。該團隊進行的計算表明，即使暗物質的影響比引力弱1億倍，新的測量方法也能探測到其影響。

“我們的計算表明，僅僅搜尋共振頻率的偏移是不夠的。我們需要在整個吸收光譜中識別變化，才能探測到暗物質的效應。雖然我們尚未發現這些變化，但我們已經為理解它們一旦出現時奠定了基礎，”佩雷斯小組的沃爾夫拉姆·拉青格（Wolfram Ratzinger）博士說。

他提到，盡管這些變化尚未被識別出來，但他們已具備了理解這些變化出現的基礎。“一旦我們探測到偏差，我們將能夠利用其強度和出現的頻率，計算出造成該偏差的暗物質粒子的質量，”拉青格補充道。

研究人員還計算了不同模型將如何影響釷-229的吸收光譜，以確定暗物質的組成成分。

“在暗物質探測方面，”佩雷斯說，“基于釷-229的核鐘將是終極探測器。目前，電子干擾限制了我們在搜尋中使用原子鐘的能力?！?/p>

“核鐘將使我們能夠探測到其‘滴答’聲中極其微小的偏差 —— 即共振頻率的微小偏移，這可以揭示暗物質的影響，”他總結道。

該研究首次發表于《物理評論 X》。

如果朋友們喜歡，敬請關注“知新了了”！