近期，由中國科學(xué)院大學(xué)主導、多所學(xué)校參與的科研團隊首次直接觀(guān)測到米格達爾效應，這一發(fā)現為輕暗物質(zhì)探測突破閾值瓶頸提供關(guān)鍵支撐。上述成果北京時(shí)間1月15日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》上發(fā)表。

實(shí)驗中發(fā)現的米格達爾效應事例展示。（受訪(fǎng)者供圖）

米格達爾效應由蘇聯(lián)著(zhù)名物理學(xué)家阿爾卡季·米格達爾于1939年首次提出：一個(gè)原子的原子核突然獲得能量加速運動(dòng)時(shí)，原子核在反沖過(guò)程中的內部電場(chǎng)變化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“共頂點(diǎn)”的兩條帶電徑跡。

進(jìn)入21世紀，科學(xué)家們逐漸意識到，米格達爾效應可以是突破輕暗物質(zhì)探測閾值瓶頸的重要路徑之一。自理論預言提出后的80多年間，中性粒子碰撞過(guò)程中的米格達爾效應是否存在，一直未被發(fā)現或證實(shí)，這使得依賴(lài)該效應的暗物質(zhì)探測實(shí)驗，始終面臨“理論假設缺乏實(shí)證支撐”的質(zhì)疑。

據中國科學(xué)院大學(xué)教授劉倩介紹，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(dòng)中釋放電子過(guò)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(huì )同時(shí)產(chǎn)生原子核反沖與米格達爾電子，二者形成“共頂點(diǎn)”的獨特軌跡。通過(guò)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(xiàn)、宇宙射線(xiàn)等背景干擾中區分開(kāi)來(lái)。首次直接證實(shí)了1939年利用量子力學(xué)預言的米格達爾效應。

圖為探測器結構與工作原理。（受訪(fǎng)者供圖）

錦屏CDEX暗物質(zhì)實(shí)驗負責人岳騫認為，這項成果不僅填補了實(shí)驗驗證米格達爾效應的長(cháng)期空白，鞏固了米格達爾效應的理論基礎，還充分體現了國內高品質(zhì)氣體探測技術(shù)的能力，為輕質(zhì)量暗物質(zhì)探測的應用邁出了堅實(shí)的第一步。

項目骨干成員、中國科學(xué)院大學(xué)教授鄭陽(yáng)恒表示，團隊還將與暗物質(zhì)探測實(shí)驗團隊合作，將此次實(shí)驗結果融入下一代探測器的研發(fā)中?！鞍滴镔|(zhì)是理解宇宙起源與演化的關(guān)鍵，我們的工作讓人類(lèi)在這場(chǎng)‘宇宙尋寶游戲’中，又靠近了目標一步?！编嶊?yáng)恒說(shuō)。

圖為實(shí)驗裝置與布局。（受訪(fǎng)者供圖）

此次研究工作由中國科學(xué)院大學(xué)牽頭，廣西大學(xué)負責核心探測器研發(fā)以及提供探測器測試和驗證平臺，華中師范大學(xué)、蘭州大學(xué)、南京師范大學(xué)、煙臺大學(xué)合作協(xié)同攻關(guān)。研究得到國家自然科學(xué)基金委創(chuàng )新研究群體項目、國家重點(diǎn)研發(fā)項目、廣西人才小高地等多個(gè)基金的支持。（記者農冠斌、陳露緣）