我国科学家首次实验证实87年前量子预言 为轻暗物质探测开辟新路径

暗物质是构成宇宙的神秘物质,占宇宙物质总量的约85%,虽然不可见却以强大的引力影响着星系运动。

长期以来,国际科学界对暗物质的探测主要集中在弱相互作用大质量粒子这一假设粒子上。

然而,尽管多个暗物质探测实验不断刷新灵敏度极限,科学家至今仍未获得暗物质存在的直接证据。

这一现状促使越来越多的研究者转向寻找质量更轻的暗物质粒子。

轻暗物质粒子的探测面临着一个根本性的难题。

这些粒子与普通物质的相互作用极其微弱,产生的信号远低于现有探测器的灵敏度下限,传统的探测方法几乎无法捕捉到有效信号。

这个瓶颈问题长期制约着轻暗物质探测研究的发展。

突破口来自于一个经典的量子力学理论。

1939年,苏联物理学家阿尔卡季·米格达尔提出了一个重要的物理学假说。

根据这一理论,当粒子撞击原子核时,可能将部分能量传递给核外的电子,使电子脱离原子核的束缚。

这个过程能够将原本难以探测的微弱信号转化为可以观测的电信号,为捕捉轻暗物质提供了理论上的可能性。

然而,80多年来,中性粒子碰撞中的米格达尔效应始终缺乏实验直接证实。

这种理论与实验的脱节,使得依赖该效应的暗物质探测实验长期面临理论假设缺乏实验支撑的质疑。

中国科学院大学教授郑阳恒所在的联合研究团队决定直面这一科学难题。

研究团队利用自主研发的专用气体探测器和像素读出芯片等先进设备,精心设计实验方案,在中子与原子核的碰撞过程中寻找米格达尔效应的踪迹。

经过严谨的实验操作和数据分析,研究团队成功捕捉到了米格达尔效应事例,统计显著性超过5倍标准差,达到物理学"发现"的严格标准。

同时,研究人员精准测量出了米格达尔效应截面与原子核反冲截面的比值,为理论模型提供了重要的实验数据支撑。

这项研究的意义深远。

首先,它以实验手段验证了87年前的量子力学预言,填补了理论与实验之间的空白,增强了科学界对该理论的信心。

其次,这一突破直接解决了轻暗物质探测中长期存在的能量阈值瓶颈问题。

郑阳恒表示,未来国际暗物质探测实验可以利用米格达尔效应提升信号识别精度,扩展暗物质探测的能量范围,从而在更广阔的参数空间内搜寻轻暗物质粒子。

这为全球暗物质研究社区指明了新的方向。

该成果于15日正式发表于国际顶级学术期刊《自然》杂志,标志着中国科学家在基础物理研究领域取得了重要进展,也体现了我国在自主创新能力和科研装置研发方面的显著提升。

基础研究的价值,往往体现在对关键“空白环节”的填补与对未来路径的打开。

对米格达尔效应的直接观测,不仅是对经典理论预言的严谨回应,也为破解暗物质这一世界级难题增添了可验证、可迭代的实验支点。

沿着这类“从原理到装置、从假设到参数”的科研路线持续推进,才能在通往未知的道路上,把偶然的灵感转化为稳固的科学证据,把遥远的宇宙谜题转化为可被实验触达的现实问题。