Wiadomości

[fot. Andrzej Romański] fot. Andrzej Romański

W sieci optycznych zegarów atomowych

2018-12-09

W prestiżowym czasopiśmie naukowym "Science Advances" ukazał się artykuł autorstwa naukowców z Wydziału Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej UMK, którzy w międzynarodowym towarzystwie opisują 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, 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. 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, co może pozwolić na zaobserwowanie takiego defektu przez sieć niezwykle czułych optycznych zegarów atomowych.

Sam pomysł takiej obserwacji również 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 dr Piotr Wcisło i dr hab. Michał Zawada, prof UMK wraz z kolegami zainicjowali utworzenie sieci łączącej dane z czterech 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, których te zegary używają do mierzenia upływu czasu. W pomiarach testowych sieć ta osiągnęła sto razy większą czułość na takie zmiany niż sieć wszystkich satelitów GPS.

Badania, których owocem jest publikacja, były finansowane m.in. ze środków Fundacji na rzecz Nauki Polskiej.