Точные измерения подтвердили аномальное поведение электронов в атомах иттербия

Группа учёных из Германии и Австралии, исследуя атомы иттербия, выявила новые перспективы для изучения тёмной материи и структуры атомных ядер. Международный коллектив физиков из Физико-технического института (PTB) в Брауншвейге, Института ядерной физики Общества Макса Планка (MPIK) в Гейдельберге, Технического университета Дармштадта, Ганноверского университета имени Лейбница и Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее совместно провёл высокоточные измерения изотопов иттербия.

Инициатива к исследованию была вызвана аномалией, выявленной в 2020 году специалистами Массачусетского технологического института (MIT) в процессе изучения изотопных сдвигов в переходах электронов атомов иттербия. Обнаруженная аномалия привлекла внимание научного мира, поскольку могла сигнализировать о наличии «тёмных сил», которые действуют как посредники между обычной и тёмной материей.

С целью проверки данной гипотезы учёные выполнили точные измерения частот атомных переходов и массы изотопов иттербия. В PTB применялись линейные высокочастотные ионные ловушки и лазерные системы с высокой стабилизацией для оптического анализа. В MPIK массовые соотношения изотопов рассчитывались с использованием масс-спектрометра PENTATRAP, функционирующего на базе ловушек Пеннинга. Этот прибор удерживает заряженные частицы с помощью электрических и магнитных полей, позволяя изучать индивидуальные частицы и создавая условия для фундаментальных и прикладных исследований в области физики. Выполненные измерения оказалось до ста раз точнее предыдущих.

Результаты подтвердили аномалию, обнаруженную ранее в MIT, однако при помощи новых теоретических расчётов структуры ядер, учёные смогли её объяснить. В кооперации с теоретиками из MPIK и Университета Нового Южного Уэльса, а также с физиками элементарных частиц из Ганноверского университета, исследователи определили новые пределы существования «тёмных сил».

Кроме того, полученные данные предоставили прямую информацию о деформации ядер атомов иттербия в ряду его изотопов. Это открытие отражает новые сведения о структуре тяжёлых атомных ядер и нейтронно-богатой материи, что существенно для понимания природы нейтронных звёзд.

Данное исследование создаёт основу для взаимодействия между областями атомной, ядерной и физикой элементарных частиц в поисках новых физических явлений и углублённого понимания сложных процессов, формирующих структуру материи. Кроме того, это демонстрирует, каким образом точные измерения в атомной физике могут давать важные сведения о свойствах ядер атомов и возможности существования ещё не обнаруженных сил природы.

Источник: iXBT