天文學觀測表明存在”暗物質”，且佔所有物質的80%以上。根據我們目前的理解，它主要通過引力與可見物質相互作用。值得注意的是，沒有確鑿證據表明它與光子–也是構成光的基本粒子–發生相互作用。這種缺乏相互作用的現象就是它被稱為”暗物質”的原因。暗物質的組成以及它與常規物質之間任何潛在的未知相互作用仍然是一個引人入勝的謎題。

PTB的研究人員利用靈敏的原子鐘尋找超輕暗物質影響精細結構常數的證據，但沒有發現明顯的變化，從而完善了我們對暗物質潛在相互作用和常數隨時間變化穩定性的理解。

一種特別有前景的理論方法暗示，暗物質可能由極輕的粒子組成，其行為更像是波而不是單個粒子：即所謂的”超輕”暗物質。在這種情況下，以前未被發現的暗物質與光子之間的微弱相互作用將導致精細結構常數的微小振盪。

精細結構常數是描述電磁相互作用強度的自然常數。它決定了原子能量標度，從而影響了原子鐘中用作參考的轉變頻率。由於不同的躍遷對常數的可能變化具有不同程度的敏感性，因此原子鐘的比較可用於尋找超輕暗物質。為此，PTB 的研究人員現在使用了一種原子鐘，它在這種搜索中對精細結構常數的可能變化特別敏感。

為此，在長達數月的測量中，將這一靈敏的原子鐘與靈敏度較低的另外兩個原子鐘進行了比較。測量數據被用於研究超輕暗物質的特徵–振盪。由於沒有發現明顯的振盪，暗物質仍然是”暗”的，即使經過更仔細的檢查也是如此。

由於沒有發現信號，因此無法探測到神秘的暗物質，但可以對超輕物質與光子之間可能的耦合強度確定新的實驗上限，以前的上限在很大範圍內提高了一個數量級以上。

與此同時，研究人員還研究了精細結構常數是否會隨著時間的推移而發生變化，例如非常緩慢地增加或減少。數據中沒有檢測到這種變化。在這裡，現有的限制也被收緊，表明即使在很長一段時間內，常數也保持不變。

與以往的時鐘比較不同，在以往的比較中，每個原子鐘都需要自己的實驗系統，而在這項工作中，三個原子鐘中的兩個是在一個實驗裝置中實現的。為此，使用了單個被俘離子的兩種不同躍遷頻率： 離子在兩個光學轉變頻率上交替接受詢問。這是朝著使光學頻率比較更加緊湊和穩健邁出的重要一步–例如，用於未來在太空中尋找暗物質。