地球上的原子鐘能夠揭露宇宙中的暗物質的秘密
原子鐘讓科學家對超輕粒子的研究落到了實處，這使得宇宙學和天體物理學不再是一紙空談。
（左）在英國國家物理研究所應用 的原子鐘 （右）子彈星雲兩個星系碰撞，他們在圖中顯示的形態揭示了暗物質的存在。
科學家們在使用原子鐘研究一些宇宙中最讓我們難以捉摸的秘密，包括在實驗室中科學家研究暗物質的原理。原子鐘運用到研究中，讓科學家感受到它真正讓宇宙學和天體物理學落到了實處。
在這一項由蘇塞克斯大學和英國國家物理研究所合作完成的項目中，研究者就使用了原子鐘來捕捉目前人類未知的超輕粒子。
研究表明，這些捕捉的粒子可以和暗物質聯繫在一起。這種神秘物質占據了宇宙所有物質的85%，但是因為它們不反射光，確切來說，它們不反射任何電磁輻射，所以它們對我們完全不可視。很多科學家相信引力是暗物質作用的結果。但是到現在，這個觀點僅僅是由他對引力影響現象推測出來的。
「如我們所知，我們的宇宙的運行由物理法則統治。所以重力現象的解釋權在廣義相對論和粒子物理標準模型中的理論。」夏威爾·卡米特，這個項目的領導人兼蘇塞克斯大學的物理學教授，對「宇宙」是這樣說的。「我們把違背這些基本法則的現象叫做『物理學崩潰』，——這樣，這一個『新物理』的同義詞超出了當前我們對於物理學的理解。」另外，這種「新物理」可以用來解釋目前的理論模型不能解釋的的關於暗物質的原理。
「現在我們最大的一個謎仍是暗物質的原理。我們都知道，他們就在那裡。我們能夠看到他們對我們的宇宙的影響，但是我們還不能用現有的粒子物理理論模型給暗物質的運行一個合理的解釋。」卡梅拉繼續說道。「『新物理』一定是存在的，但是我們還不知道怎樣解釋這些新物質與我們常見的物質相互作用的原理。」
「新物理」是怎樣被原子鐘發現的？
根據目前有的物理學公法，鍾一般都會用一個常見的速度發出「滴答」聲，但是一些超越這些物理理論模型的「新物理」的能量源會用對於他們而言微不足道的力量賦予原子鐘強大的原子能。這種力量是原子鐘震動的速度大大加快，但是如果只用一個我們平常用的小鍾去實現，我們觀察到這一個現象的機率會很小。因此，我們又發明了原子鐘。
在每個原子鐘，一群原子會被科學家用微波放置在比常態更高的能態，並保持原來的振動頻率。這個頻率是原子振動最典型，最常見的頻率，也是他們之間的共振頻率——我們常常用這個頻率測量時間。
比如，一群銫原子以同樣的頻率發生共振，919263170次的振動用時就是我們常用的一秒鐘。這種每秒循環變化的原子震動比鐘擺振動的幅度要小得多，所以這種原子鐘會變得驚人的精準。
「近些年，有些科學家認為暗物質可能是由超輕粒子構成的，這使得暗物質與我們常見的物質僅能發生微弱的反應。」卡梅隆說，「這樣的反應真的發生時，暗物質反應時發出的波至少就像和電子和質子反應那樣，用一種很常見的頻率振動。此時，暗物質對這些粒子會進行一些『小擾動』。」
卡梅隆還補充道，這些超徑粒子對原子各個組成部分的碰撞會造成宇宙鍾基本常量的時間扭曲。比如精細結構常數和「阿爾法」，在強粒子藉助電磁力和質子作用下發生耦合這一現象中，承擔了測量工具的角色。
「因為原子鐘是非常精準的儀器，他能夠檢測到這些微小的碰撞，所以暗物質能被原子鐘觀測到。」卡梅隆說。「通過對比兩台不一樣的原子鐘的數據，其中一台對數據敏感的同時另外一台不然，我們能對基本常量的時間扭曲進行限制，從而來限制超輕粒子，最終得到我們需要的觀測數據，解開暗物質的秘密。」
他還認為這項技術還可以推廣到其他物理學家，幫助解開許多其他未知的物理現象，比如暗能量——一種一直讓我們的宇宙加速膨脹的力量。這些問題對於我們了解和研究宇宙非常重要。
卡梅隆承認了暗能量更應當用宇宙學常量解釋的同時，又存在著一種作用效果完全與引力相反的能量——它能夠使宇宙空間延展和將不同星系「拉開距離」，這使得暗能量能夠與超輕粒子聯繫起來的機會微乎其微。
「儘管原子鐘還未在發現『新物理』中取得成就，但是我們已經能夠通過它建立起一套新的理論去探測『新物理』，而且我們的『老物理』也因此有了獨立成理論系統的限制，從而變得更加精確了。」卡梅隆最後這樣總結。「在我們人類探索原子，分子，光學，和傳統粒子物理的相互關係中，原子鐘為我們打開了一個新領域。」
BY:Robert Lea
FY：E-橘
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