我国科学家首次直接观测到米格达尔效应 为暗物质探测开辟新路径

1月15日,国际学术期刊《自然》发表了一项来自中国科研团队的重要研究成果。

由中国科学院大学牵头,联合广西大学、华中师范大学、兰州大学、南京师范大学、烟台大学等高校组成的科研团队,成功在实验中直接观测到米格达尔效应,为这一提出于1939年的量子力学理论预言提供了首个直接实验证据。

米格达尔效应由苏联物理学家阿尔卡季·米格达尔在1939年提出。

该理论描述了一个精妙的物理过程:当原子核遭受外力撞击时,在反冲运动中会将部分能量传递给核外电子,使电子获得足够动能脱离原子束缚,从而在空间中形成与核反冲径迹共享起点的电子径迹。

这一效应的重要性在于,它能够将原本能量过低、难以探测的信号转换为可被捕获的电子信号。

然而,这一理论预言提出后的85年间,始终缺乏直接的实验验证。

理论与实践之间的鸿沟成为困扰物理学界的难题。

进入21世纪以来,随着暗物质探测研究的深入开展,科学界逐渐认识到米格达尔效应可能是解决轻暗物质探测技术难题的关键突破口。

轻暗物质粒子由于质量较小,与普通物质相互作用时产生的能量信号极其微弱,常规探测手段难以捕捉。

而米格达尔效应恰好提供了信号放大的可能性。

为攻克这一科学难关,研究团队自主研发了超高灵敏度的探测装置。

该装置采用微结构气体探测器与像素读出芯片的创新组合,探测精度达到单原子级别,能够清晰记录原子核反冲过程中电子释放的完整图像,相当于为微观世界的瞬间变化拍摄高清照片。

实验设计同样匠心独运。

团队利用紧凑型氘氘聚变反应加速器产生中子束,精准轰击探测器内的气体分子。

中子撞击原子核后,同时激发核反冲和米格达尔电子的产生,两者形成的径迹在空间中呈现出独特的共顶点几何特征。

通过对海量实验数据的精细分析,研究人员成功捕捉到这一特征信号,首次以直接观测的方式证实了米格达尔效应的存在。

这项成果的意义远超理论验证本身。

中国科学院大学教授郑阳恒表示,团队已计划与暗物质探测实验团队展开深度合作,将此次实验技术和数据应用于下一代暗物质探测器的研发工作。

暗物质约占宇宙物质总量的百分之八十五,但至今未被直接探测到,破解暗物质之谜是理解宇宙起源与演化规律的关键所在。

米格达尔效应的实验证实,为科学家提供了探测轻暗物质的新工具和新思路。

从研究组织形式看,此次成果展现了我国高校协同创新的实力。

中国科学院大学负责整体统筹,广西大学承担核心探测器的研发及测试验证平台搭建,其他参与高校各展所长、协同攻关。

这种优势互补、资源共享的合作模式,为解决重大科学问题提供了有效范式。

从理论预言到实验确证,往往跨越数十年甚至更长时间。

米格达尔效应的直接观测不仅回答了长期悬而未决的科学问题,也为探索宇宙“隐形成分”提供了更坚实的工具与路径。

面向未来,坚持基础研究与关键技术协同推进,持续把不确定的“可能性”转化为可验证、可应用的“确定性”,将为我国在前沿科学赛道赢得更主动的战略空间。