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我國科研團(tuán)隊首次直接觀測到米格達(dá)爾效應(yīng) 為輕暗物質(zhì)探測邁出堅實的一步
2026-01-15 09:24:55
來源:新華社  作者: 農(nóng)冠斌 陳露緣

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

實驗中發(fā)現(xiàn)的米格達(dá)爾效應(yīng)事例展示。(受訪者供圖)

米格達(dá)爾效應(yīng)由蘇聯(lián)著名物理學(xué)家阿爾卡季·米格達(dá)爾于1939年首次提出:一個原子的原子核突然獲得能量加速運動時,原子核在反沖過程中的內(nèi)部電場變化將部分能量轉(zhuǎn)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”的兩條帶電徑跡。

進(jìn)入21世紀(jì),科學(xué)家們逐漸意識到,米格達(dá)爾效應(yīng)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(yù)言提出后的80多年間,中性粒子碰撞過程中的米格達(dá)爾效應(yīng)是否存在,一直未被發(fā)現(xiàn)或證實,這使得依賴該效應(yīng)的暗物質(zhì)探測實驗,始終面臨“理論假設(shè)缺乏實證支撐”的質(zhì)疑。

據(jù)中國科學(xué)院大學(xué)教授劉倩介紹,團(tuán)隊自主研發(fā)了“微結(jié)構(gòu)氣體探測器+像素讀出芯片”組合的超靈敏探測裝置,相當(dāng)于可拍攝“單原子運動中釋放電子過程”的“照相機(jī)”。利用緊湊型氘—氘聚變反應(yīng)加速器中子源,轟擊“照相機(jī)”內(nèi)的氣體分子,會同時產(chǎn)生原子核反沖與米格達(dá)爾電子,二者形成“共頂點”的獨特軌跡。通過分析這一特征,團(tuán)隊成功地將這種“米格達(dá)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(xué)預(yù)言的米格達(dá)爾效應(yīng)。

圖為探測器結(jié)構(gòu)與工作原理。(受訪者供圖)

錦屏CDEX暗物質(zhì)實驗負(fù)責(zé)人岳騫認(rèn)為,這項成果不僅填補了實驗驗證米格達(dá)爾效應(yīng)的長期空白,鞏固了米格達(dá)爾效應(yīng)的理論基礎(chǔ),還充分體現(xiàn)了國內(nèi)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(yīng)用邁出了堅實的第一步。

項目骨干成員、中國科學(xué)院大學(xué)教授鄭陽恒表示,團(tuán)隊還將與暗物質(zhì)探測實驗團(tuán)隊合作,將此次實驗結(jié)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,我們的工作讓人類在這場‘宇宙尋寶游戲’中,又靠近了目標(biāo)一步。”鄭陽恒說。

圖為實驗裝置與布局。(受訪者供圖)

此次研究工作由中國科學(xué)院大學(xué)牽頭,廣西大學(xué)負(fù)責(zé)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、國家重點研發(fā)項目、廣西人才小高地等多個基金的支持。

編輯:韓夢晨
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