近日，来自德国马克斯普朗克核物理研究所(MPIK)和不伦瑞克德国联邦物理技术研究院(PTB)的量子物理学家，以及达姆施塔特工业大学和汉诺威莱布尼茨大学的理论物理学家，共同在《物理评论快报》上发表了一项重要研究成果。他们通过使用两种不同的测量方法，以突破性的精度将原子物理和核物理结合起来，为探索暗力量的强度设定了新的限制，并对原子核结构提供了新的见解。

这项研究由德国不伦瑞克联邦理工学院(PTB Braunschweig)和海德堡MPIK的世界顶尖团队共同完成，他们结合了各自在光学精密和质谱方面的专业知识。研究团队对镱同位素的质量和线位移进行了高精度测量，其精度比之前的同类测量方法提高了100倍。

近一个世纪以来，科学家们一直认为宇宙中很大一部分物质是由未知的暗物质组成，它们通过引力与可见物质相互作用。然而，关于是否还存在新的、所谓的“暗力量”，能够在可见物质和暗物质之间“交流”，目前仍不清楚。

为了探索这一问题，研究团队利用精密的电子光谱方法，通过合适的激光频率刺激电子的量子跃迁，观察其跃迁频率的变化。精确的跃迁频率取决于原子核的质量和其他核特性，而不同同位素仅在原子核中的中子数量上有所不同。

此前，麻省理工学院(MIT)的一个团队在研究镱元素中的同位素偏移时发现了与预期结果的偏差，即非线性现象。这一发现引起了原子物理学家们的广泛关注，他们开始怀疑这种异常现象是否是新“暗力量”的第一个证据，还是由于原子核的特性所致。

为了解答这一问题，Klaus Blaum(MPIK)和Tanja Mehlstäubler领导的研究团队对镱同位素的原子跃迁频率和同位素质量比进行了高精度测量。PTB的光谱分析使用了线性高频离子阱和超高稳定激光系统，而MPIK则利用彭宁阱质谱仪PENTATRAP确定了同位素质量比。这两种测量方法的精度都达到了前所未有的水平。

研究团队不仅证实了MIT团队发现的异常现象，还利用达姆施塔特工业大学Achim Schwenk团队的新核理论计算解释了这一现象。同时，他们还与海德堡MPIK、悉尼新南威尔士大学的理论原子物理学家以及汉诺威莱布尼茨大学的粒子物理学家合作，为暗力量的存在设定了新的极限。

此外，这项研究还获得了有关镱同位素链上原子核变形的直接信息，为重原子核的结构和富中子物质的物理提供了新的见解。这些发现有助于科学家更好地理解中子星等基础物理现象。

展望未来，Klaus Blaum表示：“这项研究为原子物理学、核物理学和粒子物理学开辟了新的机会，使我们能够合作寻找新物理学，更好地理解决定物质结构的复杂现象。”