در انتهای بازه جرم ماده تاریک، ماده تاریک بوزونی فوق سبک ( dark matter ultralight bosonic-UBDM) قرار دارد که انتظار می رود مانند دریایی از امواج به طول یک سال نوری رفتار کند. یکی از راه‌های تشخیص این ماده تاریک بسیار گسترده، جستجوی نوسانات کوچک در ثابت‌های بنیادی، مانند ثابت ساختار ریز است. آزمایش جدیدی با استفاده از ساعت نوری ساخته شده از یک تک یون، تا الان قویترین قیدها را بر روی نامزدهای UBDM گذاشته است [1].

پیش‌بینی می‌شود که دریای ذرات UBDM روی کمیت‌های بنیادی مانند بار الکترون یا جرم کوارک ها تأثیر بگذارد. حرکت موجی دریا باعث می شود که این تأثیر در طول زمان تغییر کند و منجر به نوسانات کوچک در ثابت های بنیادی شود. در جستجوی این نوسانات، محققان قبلاً از ساعت‌های نوری با دقت بالا استفاده کرده‌اند که فرکانس‌های آن‌ها به ثابت‌های بنیادی اما به روش‌های خاصِ-اتم بستگی دارد. با مقایسه دو فرکانسِ ساعت مختلف، تحقیقات گذشته قیدهای قوی ای را بر مدل‌های UBDM اعمال کرده است ( به این خلاصه مراجعه کنید:ساعت‌های نوری به برنامه شکار ماده تاریک می پیوندند).

نیلز هانتمن Nils Huntemann از موسسه ملی مترولوژی آلمان (PTB) و همکارانش یک جستجوی UBDM با ایتربیوم(ytterbium) انجام دادند که فرکانس ساعت آن به طور خاص به تغییرات ثابت ساختار ریز حساس است. آزمایش اولیه این تیم شامل یک یون ایتربیوم به دام افتاده بود که دو فرکانس ساعت جداگانه دارد. محققان با اندازه گیری هر دو فرکانس در یک توالی متناوب به دنبال نشانه ای از UBDM بودند. هانتمن می‌گوید این چیدمان تک یونی ممکن است برای ماموریت‌های فضایی آینده که می‌توانند چگالی UBDM را نزدیک خورشید کشف کنند، جالب باشد. این گروه همچنین ساعت ایتربیوم را با ساعت استرانسیوم مقایسه کردند. در کل، داده‌ها قیدهای پیشرو جهانی را برای UBDM در محدوده جرمی 10 ^-24 تا /c²eV 10 ^-17 پیشنهاد می‌کنند.

1-M. Filzinger et al., “Improved limits on the coupling of ultralight bosonic dark matter to photons from optical atomic clock comparisons,” Phys. Rev. Lett. 130, 253001 (2023).

منبع:

Clock Comparison Limits Dark Matter