امروزه ساعت‌های نوری و کاواک‌های ‌نوری می‌توانند زمان و فرکانس را با دقت ۱ در ۱۰^۱۸ اندازه‌گیری کنند. برخی محققان شروع به اعمال توانمندی این اندازه‌گیری دقیق برای جستجو به‌دنبال فیزیک فراتر از مدل استاندارد کرده‌اند. اکنون کالین کندی و همکارانش از JILA در کلرادو از یک ساعت نوری، یک ساعت طول‌موج کوتاه و یک کاواک نوری بسیار پایدار برای جستجو به‌دنبال ذره‌ی بسیار سبک ماده‌ی تاریک به‌نام دیلاتون استفاده کرده‌اند^۱. این ذره در برخی الحاقات مدل استاندارد، نظیر نظریه‌ی ریسمان، پیش‌بینی شده است. درحالی‌که گروه وجود دیلاتون را تأیید نمی‌کند، اندازه‌گیری‌های آنها قیدهای میان برهم‌کنش‌های آن با ماده‌ی معمولی را گسترش داده است.

پیش‌بینی می‌شود که برهم‌کنش‌های میان یک دیلاتون و ماده‌ی معمولی نشان‌دهنده‌ی نوسانات کوچک در مقدار ظاهری ثابت ساختار ریز و جرم الکترون است. کندی و همکارانش با مقایسه‌ی فرکانس تشدید یک کاواک نوری سیلیکونی با تیک‌های ساعت‌های اتمی به‌دنبال این نوسانات هستند.

آنها به‌طور خاص فرکانس تشدید کاواک نوری را با فرکانس گذار اتمی در یک ساعت نوری استرنسیومی و یک ساعت میزری هیدروژنی مقایسه کردند. هر منبع یک فرکانس نوری تولید می‌کند که به‌طور متفاوتی به ثابت ساختار ریز و به جرم الکترون بستگی دارد و به گروه این امکان را می‌دهد تا از مقایسه‌ی فرکانس برای بررسی تغییرات بالقوه در ثابت‌ها استفاده کند. گروه نشان می‌دهد که اندازه‌گیری‌های آنها روی برهم‌کنش دیلاتون‌ها با ماده‌ی معمولی تا ۲ مرتبه‌ی بزرگی برای محدوده‌ی خاص جرم دلاتون قید گذاشته است.

این تکنیک روش جدیدی برای کاوش در ثابت‌های بنیادی بااستفاده‌از استانداردهای فرکانس نوری ارائه می‌کند. به‌این‌ترتیب محققان می‌گویند که کار آنها باعث ایجاد انگیزه برای ساخت شبکه‌ی ساعت نوری جهانی جهت درک فیزیک فراتر از مدل استاندارد شده است.

منبع:

https://physics.aps.org/articles/v13/s145

نویسنده: سوفیا چِن (Sophia Chen)

نویسنده‌ی مستقل علوم در کلمبوس در اوهایو است.

مراجع:

C. Kennedy et al., “Precision metrology meets cosmology: Improved constraints on ultralight dark matter from atom-cavity frequency comparisons,” Phys. Rev. Lett. 125, 201302 (2020).