New Journal of Physics (Jan 2020)
Search for transient variations of the fine structure constant and dark matter using fiber-linked optical atomic clocks
- B M Roberts,
- P Delva,
- A Al-Masoudi,
- A Amy-Klein,
- C Bærentsen,
- C F A Baynham,
- E Benkler,
- S Bilicki,
- S Bize,
- W Bowden,
- J Calvert,
- V Cambier,
- E Cantin,
- E A Curtis,
- S Dörscher,
- M Favier,
- F Frank,
- P Gill,
- R M Godun,
- G Grosche,
- C Guo,
- A Hees,
- I R Hill,
- R Hobson,
- N Huntemann,
- J Kronjäger,
- S Koke,
- A Kuhl,
- R Lange,
- T Legero,
- B Lipphardt,
- C Lisdat,
- J Lodewyck,
- O Lopez,
- H S Margolis,
- H Álvarez-Martínez,
- F Meynadier,
- F Ozimek,
- E Peik,
- P-E Pottie,
- N Quintin,
- C Sanner,
- L De Sarlo,
- M Schioppo,
- R Schwarz,
- A Silva,
- U Sterr,
- Chr Tamm,
- R Le Targat,
- P Tuckey,
- G Vallet,
- T Waterholter,
- D Xu,
- P Wolf
Affiliations
- B M Roberts
- ORCiD
- SYRTE, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université , LNE, 61 avenue de l’Observatoire, 75014 Paris, France; School of Mathematics and Physics, University of Queensland , Brisbane, QLD 4072, Australia
- P Delva
- ORCiD
- SYRTE, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université , LNE, 61 avenue de l’Observatoire, 75014 Paris, France
- A Al-Masoudi
- Physikalisch-Technische Bundesanstalt , Bundesallee 100, 38116 Braunschweig, Germany
- A Amy-Klein
- Laboratoire de Physique des Lasers, Université Paris 13, Sorbonne Paris Cité , CNRS, 99 Avenue Jean-Baptiste Clément, 93430 Villetaneuse, France
- C Bærentsen
- SYRTE, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université , LNE, 61 avenue de l’Observatoire, 75014 Paris, France
- C F A Baynham
- ORCiD
- National Physical Laboratory , Hampton Road, Teddington TW11 0LW, United Kingdom
- E Benkler
- ORCiD
- Physikalisch-Technische Bundesanstalt , Bundesallee 100, 38116 Braunschweig, Germany
- S Bilicki
- SYRTE, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université , LNE, 61 avenue de l’Observatoire, 75014 Paris, France
- S Bize
- SYRTE, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université , LNE, 61 avenue de l’Observatoire, 75014 Paris, France
- W Bowden
- ORCiD
- National Physical Laboratory , Hampton Road, Teddington TW11 0LW, United Kingdom
- J Calvert
- SYRTE, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université , LNE, 61 avenue de l’Observatoire, 75014 Paris, France
- V Cambier
- SYRTE, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université , LNE, 61 avenue de l’Observatoire, 75014 Paris, France
- E Cantin
- SYRTE, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université , LNE, 61 avenue de l’Observatoire, 75014 Paris, France; Laboratoire de Physique des Lasers, Université Paris 13, Sorbonne Paris Cité , CNRS, 99 Avenue Jean-Baptiste Clément, 93430 Villetaneuse, France
- E A Curtis
- ORCiD
- National Physical Laboratory , Hampton Road, Teddington TW11 0LW, United Kingdom
- S Dörscher
- ORCiD
- Physikalisch-Technische Bundesanstalt , Bundesallee 100, 38116 Braunschweig, Germany
- M Favier
- ORCiD
- SYRTE, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université , LNE, 61 avenue de l’Observatoire, 75014 Paris, France
- F Frank
- SYRTE, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université , LNE, 61 avenue de l’Observatoire, 75014 Paris, France
- P Gill
- National Physical Laboratory , Hampton Road, Teddington TW11 0LW, United Kingdom
- R M Godun
- ORCiD
- National Physical Laboratory , Hampton Road, Teddington TW11 0LW, United Kingdom
- G Grosche
- Physikalisch-Technische Bundesanstalt , Bundesallee 100, 38116 Braunschweig, Germany
- C Guo
- SYRTE, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université , LNE, 61 avenue de l’Observatoire, 75014 Paris, France
- A Hees
- ORCiD
- SYRTE, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université , LNE, 61 avenue de l’Observatoire, 75014 Paris, France
- I R Hill
- National Physical Laboratory , Hampton Road, Teddington TW11 0LW, United Kingdom
- R Hobson
- National Physical Laboratory , Hampton Road, Teddington TW11 0LW, United Kingdom
- N Huntemann
- ORCiD
- Physikalisch-Technische Bundesanstalt , Bundesallee 100, 38116 Braunschweig, Germany
- J Kronjäger
- ORCiD
- National Physical Laboratory , Hampton Road, Teddington TW11 0LW, United Kingdom
- S Koke
- ORCiD
- Physikalisch-Technische Bundesanstalt , Bundesallee 100, 38116 Braunschweig, Germany
- A Kuhl
- Physikalisch-Technische Bundesanstalt , Bundesallee 100, 38116 Braunschweig, Germany
- R Lange
- Physikalisch-Technische Bundesanstalt , Bundesallee 100, 38116 Braunschweig, Germany
- T Legero
- Physikalisch-Technische Bundesanstalt , Bundesallee 100, 38116 Braunschweig, Germany
- B Lipphardt
- Physikalisch-Technische Bundesanstalt , Bundesallee 100, 38116 Braunschweig, Germany
- C Lisdat
- Physikalisch-Technische Bundesanstalt , Bundesallee 100, 38116 Braunschweig, Germany
- J Lodewyck
- ORCiD
- SYRTE, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université , LNE, 61 avenue de l’Observatoire, 75014 Paris, France
- O Lopez
- Laboratoire de Physique des Lasers, Université Paris 13, Sorbonne Paris Cité , CNRS, 99 Avenue Jean-Baptiste Clément, 93430 Villetaneuse, France
- H S Margolis
- ORCiD
- National Physical Laboratory , Hampton Road, Teddington TW11 0LW, United Kingdom
- H Álvarez-Martínez
- ORCiD
- SYRTE, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université , LNE, 61 avenue de l’Observatoire, 75014 Paris, France; Sección de Hora, Real Instituto y Observatorio de la Armada , San Fernando, Spain
- F Meynadier
- ORCiD
- SYRTE, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université , LNE, 61 avenue de l’Observatoire, 75014 Paris, France; Bureau International des Poids et Mesures , BIPM, Pavillon de Breteuil, 92312 Sèvres, France
- F Ozimek
- National Physical Laboratory , Hampton Road, Teddington TW11 0LW, United Kingdom
- E Peik
- ORCiD
- Physikalisch-Technische Bundesanstalt , Bundesallee 100, 38116 Braunschweig, Germany
- P-E Pottie
- SYRTE, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université , LNE, 61 avenue de l’Observatoire, 75014 Paris, France
- N Quintin
- Réseau National de télécommunications pour la Technologie, l’Enseignement et la Recherche , 23–25 Rue Daviel, 75013 Paris, France
- C Sanner
- Physikalisch-Technische Bundesanstalt , Bundesallee 100, 38116 Braunschweig, Germany
- L De Sarlo
- SYRTE, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université , LNE, 61 avenue de l’Observatoire, 75014 Paris, France
- M Schioppo
- National Physical Laboratory , Hampton Road, Teddington TW11 0LW, United Kingdom
- R Schwarz
- Physikalisch-Technische Bundesanstalt , Bundesallee 100, 38116 Braunschweig, Germany
- A Silva
- National Physical Laboratory , Hampton Road, Teddington TW11 0LW, United Kingdom
- U Sterr
- ORCiD
- Physikalisch-Technische Bundesanstalt , Bundesallee 100, 38116 Braunschweig, Germany
- Chr Tamm
- ORCiD
- Physikalisch-Technische Bundesanstalt , Bundesallee 100, 38116 Braunschweig, Germany
- R Le Targat
- ORCiD
- SYRTE, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université , LNE, 61 avenue de l’Observatoire, 75014 Paris, France
- P Tuckey
- SYRTE, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université , LNE, 61 avenue de l’Observatoire, 75014 Paris, France
- G Vallet
- SYRTE, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université , LNE, 61 avenue de l’Observatoire, 75014 Paris, France
- T Waterholter
- Physikalisch-Technische Bundesanstalt , Bundesallee 100, 38116 Braunschweig, Germany
- D Xu
- ORCiD
- SYRTE, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université , LNE, 61 avenue de l’Observatoire, 75014 Paris, France
- P Wolf
- SYRTE, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université , LNE, 61 avenue de l’Observatoire, 75014 Paris, France
- DOI
- https://doi.org/10.1088/1367-2630/abaace
- Journal volume & issue
-
Vol. 22,
no. 9
p. 093010
Abstract
We search for transient variations of the fine structure constant using data from a European network of fiber-linked optical atomic clocks. By searching for coherent variations in the recorded clock frequency comparisons across the network, we significantly improve the constraints on transient variations of the fine structure constant. For example, we constrain the variation to | δα / α | < 5 × 10 ^−17 for transients of duration 10 ^3 s. This analysis also presents a possibility to search for dark matter, the mysterious substance hypothesised to explain galaxy dynamics and other astrophysical phenomena that is thought to dominate the matter density of the universe. At the current sensitivity level, we find no evidence for dark matter in the form of topological defects (or, more generally, any macroscopic objects), and we thus place constraints on certain potential couplings between the dark matter and standard model particles, substantially improving upon the existing constraints, particularly for large (≳10 ^4 km) objects.
Keywords
