我国科研团队首次直接观测到米格达尔效应 为轻暗物质探测迈出坚实的一步

  近期，由中国科学院大学主导、多所学校参与的科研团队首次直接观测到米格达尔效应，这一发现为轻暗物质探测突破阈值瓶颈提供关键支撑。上述成果北京时间1月15日在国际学术期刊《自然》上发表。

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  实验中发现的米格达尔效应事例展示。（受访者供图）

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  米格达尔效应由苏联著名物理学家阿尔卡季·米格达尔于1939年首次提出：一个原子的原子核突然获得能量加速运动时，原子核在反冲过程中的内部电场变化将部分能量转移给原子核外电子，使电子有概率获得足够能量脱离原子束缚，形成“共顶点”的两条带电径迹。

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  进入21世纪，科学家们逐渐意识到，米格达尔效应可以是突破轻暗物质探测阈值瓶颈的重要路径之一。自理论预言提出后的80多年间，中性粒子碰撞过程中的米格达尔效应是否存在，一直未被发现或证实，这使得依赖该效应的暗物质探测实验，始终面临“理论假设缺乏实证支撑”的质疑。

  据中国科学院大学教授刘倩介绍，团队自主研发了“微结构气体探测器+像素读出芯片”组合的超灵敏探测装置，相当于可拍摄“单原子运动中释放电子过程”的“照相机”。利用紧凑型氘—氘聚变反应加速器中子源，轰击“照相机”内的气体分子，会同时产生原子核反冲与米格达尔电子，二者形成“共顶点”的独特轨迹。通过分析这一特征，团队成功地将这种“米格达尔事件”从伽马射线、宇宙射线等背景干扰中区分开来。首次直接证实了1939年利用量子力学预言的米格达尔效应。

  图为探测器结构与工作原理。（受访者供图）

  锦屏CDEX暗物质实验负责人岳骞认为，这项成果不仅填补了实验验证米格达尔效应的长期空白，巩固了米格达尔效应的理论基础，还充分体现了国内高品质气体探测技术的能力，为轻质量暗物质探测的应用迈出了坚实的第一步。

  项目骨干成员、中国科学院大学教授郑阳恒表示，团队还将与暗物质探测实验团队合作，将此次实验结果融入下一代探测器的研发中。“暗物质是理解宇宙起源与演化的关键，我们的工作让人类在这场‘宇宙寻宝游戏’中，又靠近了目标一步。”郑阳恒说。

  图为实验装置与布局。（受访者供图）

  此次研究工作由中国科学院大学牵头，广西大学负责核心探测器研发以及提供探测器测试和验证平台，华中师范大学、兰州大学、南京师范大学、烟台大学合作协同攻关。研究得到国家自然科学基金委创新研究群体项目、国家重点研发项目、广西人才小高地等多个基金的支持。（记者农冠斌、陈露缘）