Koppelt ultraleichte Dunkle Materie an an Quarks und Gluonen?
Internationales Team beschreibt neuen Ansatz für die Suche nach Dunkler Materie in Form von Axionen, Dilatonen oder Relaxionen.
Optische Atomuhren sind besonders gut für die Suche nach dunkler Materie geeignet. Dabei wurde bisher nur eine mögliche Kopplung der dunklen Materie an Photonen betrachtet. Jetzt hat ein internationales Team, darunter Forschende der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB), einen neuen Weg gefunden, bei der sie die Kopplung an Bestandteile des Atomkerns untersuchen. Eine Analyse der Daten der optischen Ytterbium-Einzelionenuhr der PTB ergab neue Obergrenzen für die Kopplung von ultraleichter dunkler Materie (UDM) an Quarks und Gluonen.
Ein besonders vielversprechender theoretischer Ansatz für die Suche nach Dunkler Materie besagt, dass diese aus Teilchen bestehen könnte, die extrem leicht sind und sich nicht wie einzelne Teilchen, sondern wie eine Welle verhalten: sogenannte „ultraleichte“ Dunkle Materie. In diesem Fall würden bisher unentdeckte, schwache Wechselwirkungen der Dunklen Materie zu kleinsten Oszillationen der Fundamentalkonstanten führen.
Da verschiedene atomare Übergänge unterschiedlich sensitiv auf mögliche Änderungen der Konstanten reagieren, können Vergleiche von Atomuhren für die Suche nach Ultraleichter Dunkler Materie genutzt werden. Insbesondere optische Atomuhren zeichnen sich durch eine extrem hohe Langzeitstabilität aus und wurden bereits erfolgreich für die Suche nach ultraleichter Materie genutzt. Bisher wurde mit ihnen jedoch nur die Kopplung an Photonen untersucht.
Auf der Spur der dunklen Materie
Dunkle Materie bleibt dunkel
Leichten Teilchen der dunkle Materie auf der Spur
Ein internationales Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern in Israel, den USA und Deutschland, darunter Forschende der PTB und des NIST, zeigte nun, dass mit optischen Uhren auch nach Kopplungen von Ultraleichter Dunkler Materie an die fundamentalen Bestandteile der Atomkerne, Quarks und Gluonen, gesucht werden kann. Diese würden nämlich zu Oszillationen der Kernladungsradien führen, welche wiederum die atomaren Übergänge beeinflussen, auf denen optische Uhren basieren. Eine Analyse bestehender Daten der Ytterbium-Einzelionenuhr der PTB ergab Obergrenzen für die Kopplung von Ultraleichter Dunkler Materie an Quarks und Gluonen.
Damit etabliert die Arbeit einen neuen Ansatz, optische Uhren zur Suche nach dunkler Materie zu verwenden. [PTB / dre]
Weitere Informationen
- Originalpublikation
A. Banerjee, D. Budker, M. Filzinger, et al., Oscillating nuclear charge radii as sensors for ultralight dark matter, Phys. Rev. Lett. 135, 223001, 24. November 2025; DOI: 10.1103/37vw-gc1r - AG Optische Uhren mit gespeicherten Ionen (Nils Huntemann), Abt. Optik, Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Braunschweig
