Dünya lideri ekipler güçlerini birleştirdiğinde, yeni bulgular yapılmalıdır. Bu, Heidelberg’deki Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) ve Max Planck Nükleer Fizik Enstitüsü’nden (MPIK) kuantum fizikçileri, atomik ve nükleer fizikte iki farklı ölçüm yöntemi kullanılarak eşi görülmemiş bir doğrulukla birleştirildiğinde olan şeydi.
Atomik çekirdeklerin yapısının yeni hesaplamaları ile birlikte, Darmstadt Teknik Üniversitesi ve Leibniz Üniversitesi Hannover, bir atomun elektron kabuğundaki ölçümlerin atomik çekirdeğin deformasyonu hakkında bilgi sağlayabileceğini gösterebildi. Aynı zamanda, hassas ölçümler nötronlar ve elektronlar arasındaki potansiyel karanlık kuvvetin gücü ile ilgili yeni sınırlar belirlemiştir.
Sonuçlar derginin mevcut sayısında yayınlandı Fiziksel İnceleme Mektupları.
Neredeyse bir yüzyıl boyunca, ölçümler, evrendeki önemli bir maddenin, yerçekimi yoluyla görünür madde ile etkileşime giren bilinmeyen karanlık maddeden oluştuğunu göstermiştir. Görünür ve karanlık madde ile “iletişim kurabilen” yeni, sözde “karanlık kuvvetler” olup olmadığı belirsizdir.
Bu tür güçler, günümüzde yüksek hassasiyetle analiz edilebilen atomlar üzerinde de hareket etmelidir. Tanja Mehlstäubler, “İzotoplardaki elektronik rezonanslardaki kaymanın ölçülmesi, nükleer ve elektron yapısı arasındaki etkileşime ışık tutmak için özellikle güçlü bir yöntemdir.” İzotoplar, sadece çekirdekteki nötron sayısında farklılık gösteren bir atomik elementin farklı varyantlarıdır.
2020’de, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden (MIT) bir ekip, ytterbium elementindeki bu izotop kaymalarını incelerken beklenen sonuçtan – doğrusal olmayan bir durumdan – bir sapma keşfetti. Bu, atom fizikçilerin dünyasını bir dönüşe gönderdi: Bu anomali yeni bir “karanlık kuvvet” nin ilk kanıtı olabilir mi yoksa atomik çekirdeğin özelliklerinden mi kaynaklanıyor? Atom fizikçileri, farklı izotoplarda ölçülen elektronların geçiş frekanslarını karşılaştırarak arka kapıdan nükleer fiziğe girdiler mi?
Bu soru tarafından yönlendirilen Braunschweig’deki PTB’den Tanja Mehlstäubler ve Heidelberg’deki Mpik’ten Klaus Blaum, Ytterbium izotop kaymalarını araştırmak için yola çıktı. Araştırma ekipleri, ytterbium izotoplarının atomik geçiş frekanslarının ve izotop kütle oranlarının yüksek hassasiyet ölçümlerini gerçekleştirdi. PTB’de optik spektroskopi için doğrusal yüksek frekanslı iyon tuzakları ve ultra kararlı lazer sistemleri kullanıldı.
MPIK’de izotop kütle oranları, pentatrap pençeleme tuzağı kütle spektrometresinde belirlendi. Her iki ölçüm de bu tür önceki ölçümlerden yüz kat daha doğruydu.
Araştırmacılar anomaliyi doğruladılar ve ekip Achim Schwenk’in TU Darmstadt grubunun yeni nükleer teori hesaplamalarının yardımıyla bir açıklama yapabildi. Heidelberg’deki MPIK ve Sydney’deki Yeni Güney Galler Üniversitesi ve Leibniz Üniversitesi Hannover’dan parçacık fizikçileri ile işbirliği içinde, karanlık güçlerin varlığı için yeni bir sınır oluşturabildiler.
Uluslararası işbirliği ekibi, ytterbium izotop zinciri boyunca atomik çekirdeğin deformasyonu hakkında doğrudan bilgi edinmek için bu verileri bile kullanabildi. Bu, ağır atom çekirdeklerinin yapısına ve nötron yıldızlarını anlamanın temelini oluşturan nötron açısından zengin maddenin fiziğine yeni bakış açıları sağlayabilir.
Bu araştırma, yeni fizik arayışında işbirliği yapmak ve maddenin yapısını belirleyen karmaşık fenomenleri daha iyi anlamak için atomik, nükleer ve parçacık fiziğinin yeni fırsatlar sunmaktadır.
