研究证实87年前量子力学预言

近日，中国科学院大学团队等利用自主研发的专用气体探测器和像素读出芯片，首次在实验中直接观测到中子与原子核碰撞过程中的米格达尔效应，为轻暗物质探测突破阈值瓶颈提供了关键实验证据。

暗物质是宇宙物质总量中占比约85%的神秘物质。除了引力外，至今没有其他办法“探测”到它。因此，科学家将目光投向更轻的暗物质粒子。但是，这些粒子与普通物质的相互作用极其微弱，产生的信号低于现有探测器的灵敏度下限，传统探测方法几乎无能为力。

苏联物理学家阿尔卡季・米格达尔于1939年首次提出米格达尔效应，为突破这一困局带来了希望。该效应描述了一种量子现象：粒子与原子核碰撞时，可能将部分能量转移给原子核外电子，使电子有概率获得足够能量脱离原子束缚。这一过程可将原本不可探测的低能量信号转化为可捕捉的电子信号，为捕捉轻暗物质提供了可能。

米格达尔效应被认为是突破轻暗物质探测能量阈值的关键理论路径。但80多年来，中性粒子碰撞中的米格达尔效应始终未被实验直接证实，这使得依赖该效应的暗物质探测实验，面临理论假设缺乏实验支撑的质疑。

研究团队自主研发了微结构气体探测器+像素读出芯片组合的超灵敏探测装置，相当于一台可拍摄“单原子运动中释放电子过程”的“照相机”。利用紧凑型氘-氘聚变反应加速器中子源，轰击“照相机”内的气体分子，同时产生原子核反冲与米格达尔电子，二者形成“共顶点”的独特轨迹。

通过分析这一特征，团队成功将米格达尔事例从伽马射线、宇宙射线等背景干扰中区分开来，统计显著性超过5倍标准差，达到物理学“发现”标准；同时精准测量出米格达尔效应截面与原子核反冲截面的比值。

团队计划进一步优化探测器的性能，拓展对不同元素的米格达尔效应的观测，为更轻质量的暗物质粒子探测提供数据支持。同时，团队还将与暗物质探测实验团队合作，将此次实验结果融入下一代探测器的研发中。

暗物质是理解宇宙起源与演化的关键，这一工作让人类在这场“宇宙寻宝游戏”中又靠近了目标一步。

探测器结构与工作原理

实验装置与布局

实验发现的米格达尔效应事例展示