研究人員正在建立一個由有史以來最精確計時員組成的全球網(wǎng)絡(luò)，以搜尋暗物質(zhì)。暗物質(zhì)是一種無形的物質(zhì)，研究人員認為它約占宇宙所有物質(zhì)的六分之五。

暗物質(zhì)的存在是通過它對恒星和星系運動的引力作用而被提出。主要研究作者哥白尼大學(xué)物理學(xué)家彼得亞雷Wcis?o ToruńNicolaus說：然而它仍是一個謎，到目前為止項目從有史以來最強大的核粒子加速器到大桶的寒冷的液態(tài)氙未能找到一絲它可能是由什么組成。科學(xué)家們已經(jīng)基本上排除了所有已知粒子作為暗物質(zhì)的可能解釋。

博科園-科學(xué)科普：剩下的一種可能性是暗物質(zhì)是由一種新粒子構(gòu)成，另一個原因是暗物質(zhì)根本不是由粒子組成的，而是一個像引力一樣遍布空間的場。先前的研究表明如果暗物質(zhì)是一個領(lǐng)域內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)——拓撲缺陷形狀像點可能達到至少有一顆行星的大小。這些結(jié)構(gòu)可能是在大爆炸后的混沌中形成的，當(dāng)早期宇宙冷卻下來時，它們基本凍結(jié)成穩(wěn)定的形式?，F(xiàn)在科學(xué)家們正在通過尋找一些最精確的科學(xué)儀器（原子鐘）中的擾動來測試暗物質(zhì)場存在。這些儀器通過監(jiān)測原子的顫動來計時，就像大鐘依靠擺動的鐘擺來計時一樣?，F(xiàn)在原子鐘非常精確，每150億年誤差不超過1秒，比宇宙138億年的年齡還長。

與拓撲缺陷相互作用可以使原子鐘的原子暫時抖動得更快或更慢。通過監(jiān)測一個由原子鐘組成的同步網(wǎng)絡(luò)，科學(xué)家們可以探測到這些幽靈般的結(jié)構(gòu)的存在，并測量它們的一些特性，比如它們的大小和速度。研究人員使用光學(xué)原子鐘，當(dāng)原子被冷卻到接近絕對零度時，用激光束測量原子的運動。他們計算出，通過一個拓撲缺陷可以增加或減少精細結(jié)構(gòu)常數(shù)，精細結(jié)構(gòu)常數(shù)描述了電磁力的整體強度。這些變化將改變原子對激光的反應(yīng)方式和時鐘滴答的頻率。暗物質(zhì)的另一種可能解釋是：它的效應(yīng)是由場強隨時間而變化所引起，而場強的變化又導(dǎo)致電磁場強度的規(guī)律性波動。

科學(xué)家們指出，理論上，原子鐘可以幫助探測這種“相干振蕩的經(jīng)典標(biāo)量場”。通過分析美國科羅拉多州、法國、波蘭和日本三大洲的四個原子鐘，研究人員可以發(fā)現(xiàn)這些精細結(jié)構(gòu)常數(shù)的細微變化，其靈敏度是之前實驗的100倍左右。然而，他們沒有發(fā)現(xiàn)任何與暗物質(zhì)一致的信號。光學(xué)原子鐘的主要問題之一是目前只持續(xù)大約一天，其中一個原因是光學(xué)原子鐘需要使許多激光器保持同步才能工作，而且隨著時間的推移，至少有一束激光器會失去同步。然而Wcis?o指出他們的網(wǎng)絡(luò)的一個關(guān)鍵優(yōu)勢是不需要時鐘同時操作。

博科園-科學(xué)科普｜參考期刊文獻:《Science Advances》

文：Charles Q. Choi/Space

DOI: 10.1126/sciadv.aau4869

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