近日，來自德國馬克斯普朗克核物理研究所(MPIK)和不倫瑞克德國聯邦物理技術研究院(PTB)的量子物理學家，以及達姆施塔特工業大學和漢諾威萊布尼茨大學的理論物理學家，共同在《物理評論快報》上發表了一項重要研究成果。他們通過使用兩種不同的測量方法，以突破性的精度將原子物理和核物理結合起來，為探索暗力量的強度設定了新的限制，并對原子核結構提供了新的見解。

這項研究由德國不倫瑞克聯邦理工學院(PTB Braunschweig)和海德堡MPIK的世界頂尖團隊共同完成，他們結合了各自在光學精密和質譜方面的專業知識。研究團隊對鐿同位素的質量和線位移進行了高精度測量，其精度比之前的同類測量方法提高了100倍。

近一個世紀以來，科學家們一直認為宇宙中很大一部分物質是由未知的暗物質組成，它們通過引力與可見物質相互作用。然而，關于是否還存在新的、所謂的“暗力量”，能夠在可見物質和暗物質之間“交流”，目前仍不清楚。

為了探索這一問題，研究團隊利用精密的電子光譜方法，通過合適的激光頻率刺激電子的量子躍遷，觀察其躍遷頻率的變化。精確的躍遷頻率取決于原子核的質量和其他核特性，而不同同位素僅在原子核中的中子數量上有所不同。

此前，麻省理工學院(MIT)的一個團隊在研究鐿元素中的同位素偏移時發現了與預期結果的偏差，即非線性現象。這一發現引起了原子物理學家們的廣泛關注，他們開始懷疑這種異常現象是否是新“暗力量”的第一個證據，還是由于原子核的特性所致。

為了解答這一問題，Klaus Blaum(MPIK)和Tanja Mehlstäubler領導的研究團隊對鐿同位素的原子躍遷頻率和同位素質量比進行了高精度測量。PTB的光譜分析使用了線性高頻離子阱和超高穩定激光系統，而MPIK則利用彭寧阱質譜儀PENTATRAP確定了同位素質量比。這兩種測量方法的精度都達到了前所未有的水平。

研究團隊不僅證實了MIT團隊發現的異常現象，還利用達姆施塔特工業大學Achim Schwenk團隊的新核理論計算解釋了這一現象。同時，他們還與海德堡MPIK、悉尼新南威爾士大學的理論原子物理學家以及漢諾威萊布尼茨大學的粒子物理學家合作，為暗力量的存在設定了新的極限。

此外，這項研究還獲得了有關鐿同位素鏈上原子核變形的直接信息，為重原子核的結構和富中子物質的物理提供了新的見解。這些發現有助于科學家更好地理解中子星等基礎物理現象。

展望未來，Klaus Blaum表示：“這項研究為原子物理學、核物理學和粒子物理學開辟了新的機會，使我們能夠合作尋找新物理學，更好地理解決定物質結構的復雜現象。”