首次！中國科學家證實87年前量子力學預言

近日，由中國科學院大學主導的聯(lián)合科研團隊首次直接觀測到米格達爾（Migdal）效應，相關成果于1月15日發(fā)表在《自然》正刊。該研究不僅展現出我國高品質氣體探測技術的卓越水平，更為輕質量暗物質探測突破閾值瓶頸提供了關鍵支撐。

實驗中發(fā)現的米格達爾效應事例展示

暗物質與暗能量被視作本世紀物理領域的重大謎題，其探索將推動人類對物質世界的革命性認知。但輕質量暗物質與普通物質的相互作用極弱，常規(guī)探測手段難以捕捉其信號。科學家們將破解這一困境的希望寄托在米格達爾效應上。

該理論由蘇聯(lián)著名物理學家阿爾卡季?米格達爾于1939年首次提出，即當原子核受到撞擊后，在反沖過程中會將部分能量轉移給原子核外電子，使電子有概率獲得足夠能量脫離原子束縛，形成帶共同頂點的兩條帶電徑跡。這一過程可將原本不可探測的低能量信號轉化為可捕捉的電子信號。

然而，自理論預言提出后的80多年間，中性粒子碰撞過程中的米格達爾效應是否存在，一直未被發(fā)現或證實，這使得依賴該效應的暗物質探測實驗始終面臨“理論假設缺乏實證支撐”的質疑。

實驗裝置與布局

在該項目中，科研團隊自主研發(fā)了“微結構氣體探測器+像素讀出芯片”組合的超靈敏探測裝置，相當于可拍攝單原子運動中釋放電子過程的“照相機”。利用緊湊型氘－氘聚變反應加速器中子源，轟擊“照相機”內的氣體分子，會同時產生原子核反沖與米格達爾電子，二者形成共頂點的獨特軌跡。通過分析這一特征，團隊成功地將這種“米格達爾事件”從伽馬射線、宇宙射線等背景干擾中區(qū)分開來，首次直接證實了1939年利用量子力學預言的米格達爾效應。

研究團隊通過數據采集，從81.7萬個候選事件中精準篩選出6個“米格達爾事件”，統(tǒng)計顯著性超5個標準差，符合粒子物理領域“發(fā)現”的黃金標準，徹底打消了學界對中性粒子碰撞中米格達爾效應存在的質疑。

此次實測數據可直接用于優(yōu)化探測器設計、提升信號識別精度，為米格達爾效應的深入研究與廣泛應用打開了全新窗口。中國科學院大學教授劉倩介紹，未來團隊計劃進一步優(yōu)化探測器的性能，拓展對不同元素的米格達爾效應的觀測，為更輕質量的暗物質粒子探測提供數據支持。

探測器結構與工作原理

“暗物質是理解宇宙起源與演化的關鍵，我們的工作讓人類在這場‘宇宙尋寶游戲’中又靠近了目標一步。”中國科學院大學教授鄭陽恒表示，團隊后續(xù)還將與暗物質探測實驗團隊合作，把此次成果融入下一代探測器的研發(fā)中。