Banbrytande experiment presenterar nytt verktyg i jakten på mörk energi med hög noggrannhet

StockholmFysiker vid UC Berkeley har utfört det mest precisa experimentet för att upptäcka mörk energi. Denna kraft får universum att expandera snabbare. Forskarna söker efter nya partiklar som kan orsaka detta och tror att dessa partiklar kan kallas kameleonter eller symmetroner.

Det nya experimentet är betydelsefullt av flera skäl:

• Det förenar en atominterferometer för exakta gravitationsmätningar med ett optiskt gitter.
• Interferometern kan hålla fria atomer i flera sekunder istället för millisekunder.
• Det uppnår en femfaldig förbättring i noggrannhet jämfört med tidigare metoder.

Noggranna mätningar av gravitation är inte det enda målet med detta arbete. Lattice-atominterferometern kan dessutom användas för:

• Att bygga gyroskop
• Skapa accelerometrar
• Kvantkänslighet

Cristian Panda, huvudförfattaren och postdoktor, säger att den här metoden kan användas till havs. Den kan kartlägga havsbotten eftersom atomerna håller sig på plats.

År 1998 började forskare söka efter mörk energi. Två forskargrupper undersökte supernovor för att mäta deras avstånd. De upptäckte att universum expanderade snabbare än väntat. Denna upptäckt belönades med Nobelpriset i fysik år 2011.

Mörk energi förblir ett mysterium trots många teorier:

• Vakuumenergi i rymden
• Ett energifält kallat kvintessens
• En femte kraft förmedlad av en kameleontpartikel

Läs också:

Idag · 00:09

Säsongsbundna humörmönster avslöjas med digitala verktyg

År 2015 anpassade Müller en atominteferometer för att söka efter kameleonter. De använde cesiumatomer i en vakuumkammare. Resultaten visade normal gravitation utan förändringar.

Målet med det nya experimentet är att hålla atomerna stabila under en längre tid. Under COVID-19-pandemin lyckades Panda förlänga uppehållstiden till 70 sekunder. Han löste problem som skakningar från laserstrålen och justerade temperaturen. Dessa förändringar rapporterades i juni 2024-numret av Nature Physics.

I deras senaste experiment ökade de avståndet mellan atomvågpaket genom att minska hålltiden. De delade omkring 10 000 cesiumatomer i grupper om 10 atomer med hjälp av ett optiskt gitter. Därefter delade de upp dessa atomvågpaket i kvantsuperpositioner. När de återförde vågpaketen fick de information om gravitationen.

Panda planerar att utveckla en ny enhet vid University of Arizona. Müllers team arbetar med att skapa en ny interferometer med förbättrade kontroller, vilket kan göra den 100 gånger känsligare. Målet är att identifiera kvantaspekter av gravitation.

Detta experiment kan bli mycket betydelsefullt. Om det lyckas, kommer det att likna 1972 års studie om fotonintrassling vid UC Berkeley. Stuart Freedman och John Clauser blev tilldelade Nobelpriset för det arbetet år 2022.

Detta projekt stöds av flera organisationer, bland annat National Science Foundation, Office of Naval Research och Jet Propulsion Laboratory. Medförfattarna kommer från olika universitet världen över, vilket understryker det lagarbete som ligger bakom denna viktiga forskning.