ممکن است ذرات ماده تاریک فوقِ‌سبک در نور تابش‌شده از هسته‌های توریومِ برانگیخته‌شده با لیزر ردی از خود به‌جای بگذارد.

معمولاً برای رساندن هسته اتم به حالت انرژی بالاتر به ذرات پرانرژی یا پرتوهای گاما نیاز داریم. اما دانشمندان سال گذشته هسته‌های توریوم-۲۲۹ را فقط با نور لیزر برانگیخته کردند (به «روشن کردن ایزومر ساعت هسته‌ای توریوم-۲۲۹» مراجعه کنید.) هسته‌های برانگیخته با نور لیزر می‌توانند برای ساخت ساعت‌های دقیق و حس‌گرهای کوانتومی حساس مفید باشند. اکنون ولفرام راتزینگر (Wolfram Ratzinger) از موسسه علوم ویزمن در اسرائیل،‌ و همکارانش، نشان داده‌اند که چه‌طور این هسته‌ها راهی برای آشکارسازی ذرات فرضی خاصی فراهم می‌کنند که ممکن است تشکیل‌دهنده ماده تاریک نیز باشند [۱].

چندین مدل از مدل‌های ماده تاریک شامل اکسیون‌ها و دیگر بوزون‌های فوقِ‌سبک است. این ذرات به دلیل سبکی‌شان باید فراوان باشند – آن‌قدر زیاد که رفتار جمعی آنها مانند یک میدان کلاسیکی باشد و با فرکانسی متناسب با جرم خود نوسان کنند. برهم‌کنش‌های این ذرات با اجزاء سازنده هسته – کوارک‌ها و گلئون‌ها – باعث می‌شود ویژگی‌های هسته‌ای مختلف نیز با همان فرکانس نوسان کنند. از جمله این ویژگی‌ها انرژی‌ فوتون تابش‌شده از هسته توریوم-۲۲۹ برانگیخته است. نکته مهم این است که پیش‌بینی می‌شود نوسانات در این انرژی بسیار مشخص‌تر باشند و بنابراین آشکارسازی آنها آسان‌تر از آشکارسازی نوسانات در ویژگی‌های دیگر باشد.

راتزینگر و همکارانش اولین جست‌وجوی خود به دنبال این نوسانات را در طیف نوری که پیش‌تر با هسته‌های برانگیخته‌شده توریوم-۲۲۹ منتشر شده بود، انجام دادند. محققان وقتی هیچ نوسانی نیافتند، حدهای بالاتری بر قدرت جفت‌شدگی ذرات ماده تاریک فوقِ‌سبک با کوارک‌ها و گلئون‌ها برای ذراتی با محدوده جرمی ^۲۰-۱۰ تا ^۱۳-۱۰ الکترون‌ولت قرار دادند. این حدها نسبت به حدهای به‌دست‌آمده از روش‌های دیگر کمتر قانع‌کننده‌اند، اما گروه پیش‌بینی می‌کند که آزمایش‌های درحال‌انجام و آینده بتواند حدهای بسیار قوی‌تر و احتمالاً قطعی‌ای تعیین کند.

منبع:

Nuclear Glow Illuminates Dark Matter

[۱] E. Fuchs et al., “Searching for dark matter with the ²²⁹Th nuclear lineshape from laser spectroscopy,” Phys. Rev. X 15, 021055 (2025).