獵尋暗物質新途徑：精準原子鐘與雷射

談到暗物質的本質，有幾種可能性。它可能是由所謂的「弱互動作用大質量粒子」（WIMPs）構成，這種粒子比質子重得多，偶爾與原子碰撞時便可能被偵測到。或者，它也可能由軸子組成，軸子非常輕，質量僅有電子的一小部分。

許多實驗室正試圖用專門的探測器捕捉WIMPs。捕捉軸子則困難得多，但一個國際團隊已想出了一種方法。萬物皆兼具波動性與粒子性（是的，嚴格來說連你也是），而且物體越輕，其波動性就越容易被觀察到。因此，近期一篇論文的研究團隊利用雷射和兩座原子鐘，來測量軸子可能產生的效應。

昆士蘭大學的共同首席研究員艾希莉・卡德爾在一份宣告中表示：「儘管有許多理論和實驗，但科學家們仍未找到暗物質，我們認為它是星系的『黏合劑』，將一切凝聚在一起。」

「我們的研究採用了不同的方法——分析由光纖電纜連線的超穩定雷射網路，以及全球定位系統（GPS）衛星上的兩座原子鐘所收集到的資料。在這種情況下，暗物質表現得像波，因為它的質量極低。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執行，而且原子鐘之間的距離越遠，這種效應就越明顯。」

這種方法首次對某些暗物質與普通物質的互動作用施加了限制。卡德爾補充道：「透過比較大範圍內的精準測量結果，我們發現了振盪暗物質場的微妙效應，而在傳統的實驗裝置中，這些效應通常會相互抵消。令人興奮的是，我們能夠尋找與所有原子普遍互動作用的暗物質模型所產生的訊號，這是傳統實驗一直未能做到的。」

引力透鏡效應提供了一些間接證據，表明軸子可能更符合暗物質的特性。這種方法讓研究人員能夠真正探索這一質量範圍。

該研究的共同作者本傑明・羅伯茨博士表示：「現在，科學家們將能夠研究更廣泛的暗物質情景，也許還能解答一些關於宇宙結構的基本問題。」

「這項研究也凸顯了國際合作和尖端技術的力量，它運用了德國聯邦物理技術研究院（Physikalisch - Technische Bundesanstalt）的先進原子鐘，以及昆士蘭大學在精準測量和基礎物理學結合方面的專業知識。」

這篇論文已發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。