物理學家運用時間破解暗物質之謎

科學家朝著理解暗物質邁出了大膽的一步。暗物質是塑造宇宙的無形力量。他們利用原子鐘和超穩定雷射，追蹤時間的微妙變化，以探測隱藏的暗物質波。透過測量遙遠距離間的精準變化，這項研究為基礎物理學的新發現敞開了大門。

一個國際研究團隊開發出一種嶄新的方法來研究暗物質。暗物質是一種神秘的物質，據信它能將星系聚集在一起。這項研究由昆士蘭大學的博士生艾希莉・卡德爾（Ashlee Caddell）與德國領先的計量機構物理技術聯邦研究所（PTB）共同主導。他們的方法是利用原子鐘和超穩定雷射來探測暗物質可能存在的跡象。

卡德爾女士表示：「儘管有許多理論和實驗，但科學家們至今仍未找到暗物質。我們認為暗物質是星系的『黏合劑』，將一切聚集在一起。我們的研究採用了不同的方法，分析透過光纖電纜連線的超穩定雷射網路以及兩顆搭載於全球定位系統（GPS）衛星上的原子鐘所獲得的資料。」

卡德爾女士繼續說道：「在這種情況下，暗物質就像一種波，因為它的質量非常非常小。我們利用分開的原子鐘試圖測量波的變化，這可能表現為原子鐘顯示不同的時間或以不同的速率滴答作響。而且，如果原子鐘之間的距離越遠，這種效應就會越強。」

這種方法使研究團隊能夠尋找以前無法探測到的暗物質形式。這些暗物質不發光也不釋放能量，傳統的探測技術無法發現它們。卡德爾女士稱：「透過比較遙遠距離間的精準測量結果，我們發現了振盪暗物質場的微妙效應。在傳統的實驗設定中，這些效應會相互抵消。令人興奮的是，我們能夠尋找與所有原子普遍相互作用的暗物質模型發出的訊號，這是傳統實驗一直未能做到的。」

昆士蘭大學的物理學家、論文共同作者本傑明・羅伯茨（Benjamin Roberts）博士表示，這項研究讓研究人員更接近於理解宇宙中最難捉摸、最基本的組成部分之一。羅伯茨博士說：「科學家們現在能夠研究更廣泛的暗物質情景，也許還能回答一些關於宇宙結構的基本問題。這項工作也凸顯了國際合作和尖端技術的力量，它利用了物理技術聯邦研究所最先進的原子鐘以及昆士蘭大學在結合精準測量和基礎物理學方面的專長。」

該研究成果發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。參考文獻：《利用時空分離的原子鐘和腔室尋找超輕暗物質》，作者梅利娜・菲爾津格（Melina Filzinger）、艾希莉・R・卡德爾（Ashlee R. Caddell）、德魯夫・賈尼（Dhruv Jani）、馬丁・施泰內爾（Martin Steinel）、萊昂納多・賈尼（Leonardo Giani）、尼爾斯・亨特曼（Nils Huntemann）和本傑明・M・羅伯茨（Benjamin M. Roberts），2025年1月23日，《物理評論快報》。DOI：10.1103/PhysRevLett.134.031001