W znakomitym czasopiśmie naukowym Science Advances ukazał się artykuł ogłaszający działanie ziemskiej sieci czujników mającej na celu wykrycie ciemnej materii. Sieć oparta jest o cztery najbardziej precyzyjne zegary atomowe na świecie: w Stanach Zjednoczonych, Japonii, Francji i w Toruniu. Publikacja jest dziełem międzynarodowego zespołu naukowców, w którego skład wchodzą badacze z Zakładu Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej Instytutu Fizyki UMK: dr Piotr Wcisło (pierwszy autor), mgr inż. Piotr Ablewski, dr inż. Sławomir Bilicki, dr Marcin Bober, dr inż. Piotr Morzyński, prof. dr hab. Roman Ciuryło, lic. Beata Zjawin i dr hab. Michał Zawada, prof. UMK.
Większość materii we Wszechświecie wydaje się dla nas niewidoczna. Przyciąga inne obiekty grawitacyjnie, ale ani nie absorbuje, ani nie emituje światła. Dlatego nazywana jest ciemna materią. Jedna z teorii, które mogą wyjaśnić nasze obserwacje Wszechświata, przewiduje istnienie pól oscylujących w całym Kosmosie, a także niejednorodności w tych polach w tkance czasoprzestrzeni powstałych dawno temu, kiedy wczesny Wszechświat się ochładzał. Kiedy Ziemia przelatuje przez taki ,,defekt topologiczny’’, na drobną chwilę zmienia się struktura obserwowanej na niej materii. Obserwacja tych zmian może oznaczać zaobserwowanie samego defektu topologicznego. Zmiany te są jednak tak małe, że wymagają użycia najbardziej precyzyjnych urządzeń pomiarowych, jakimi są obecnie optyczne zegary atomowe.
Sam pomysł takiej obserwacji ciemnej materii należy do badaczy z UMK, którzy w 2016 r. na łamach pierwszego, historycznego numeru "Nature Astronomy" opisali pierwsze eksperymentalne wykorzystanie optycznych zegarów atomowych do poszukiwania ciemnej materii w laboratorium. Następnie Piotr Wcisło i Michał Zawada z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu wraz z kolegami stworzyli odpowiednią sieć zegarów, łącząc dane z czterech najdokładniejszych optycznych zegarów atomowych w Europie, Japonii i Stanach Zjednoczonych. Defekt topologiczny lub oscylacja całego pola mogą być wykryte dzięki różnym zmianom częstotliwości w laserach i atomach, używanych przez optyczne zegary atomowe do mierzenia upływu czasu. W pomiarach testowych sieć ta osiągnęła sto razy większą czułość na takie zmiany, niż sieć wszystkich satelitów GPS.
Badania były finansowane m.in. przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej.
Zapraszamy do lektury artykułów popularnonaukowych na ten temat:
http://wyborcza.pl/7,75400,24253675,polscy-fizycy-sa-na-tropie-defektow-samej-prozni-tam-moze-ukrywac.html
https://www.space.com/42663-atomic-clock-network-hunting-dark-matter.html
http://www.astronomy.com/news/2018/12/a-new-generation-of-atomic-clocks-could-help-find-dark-matter