Физики проверяют гипотезу о «пятой силе» с помощью ионной ловушки

Темная материя остается одним из главных нерешенных вопросов современной физики. Ее наличие подтверждают только косвенные гравитационные эффекты, а объяснение пока находится на уровне гипотез.

Ученые Швейцарской высшей технической школы в Цюрихе решили проверить одну из теоретических версий: существование неизвестной фундаментальной силы, которая могла бы объяснить поведение темной материи. В отличие от экспериментов на ускорителях, команда ETH Zurich сосредоточилась на сверхточных измерениях атомных свойств.

Исследователи работали с пятью стабильными однозарядными изотопами кальция. Все они имели одинаковое число протонов — 20, но различались количеством нейтронов от 20 до 28. Это позволило создать условия, в которых можно было бы выявить мельчайшие отклонения в поведении электронов, если между ними и нейтронами действительно действует еще не описанная сила.

Для фиксации и возбуждения ионов использовали ионную ловушку — прибор, удерживающий изотопы в электромагнитном поле. Измеряя частоты света, испускаемого при переходах между энергетическими уровнями, команда достигла точности на уровне 100 миллигерц — в сотню раз выше предыдущих аналогичных опытов.

Параллельно в Германии провели дополняющие исследования: измерили ядерные массы и протестировали высокозаряженные ионы кальция. Оказалось, что известные ядерные эффекты не могут полностью объяснить наблюдаемые изменения. Но говорить о новой физике пока рано.

Одним из возможных объяснений остается ядерная поляризация — явление, при котором форма ядра искажается под действием электронов. Этот процесс пока недостаточно изучен, чтобы однозначно исключить его как источник отклонений.

Хотя ученым не удалось зафиксировать проявление пятой силы, они сузили диапазон, в котором она могла бы существовать, если бы была реальной.

via