我国团队研究证实87年前量子力学预言

近日，中科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。