科技日報記者 陸成寬
利用自主研發的專用氣體探測器和像素讀出芯片，由中國科學院大學主導的聯合研究團隊，首次在實驗中直接觀測到中子與原子核碰撞過程中的米格達爾效應，不僅證實了87年前的量子力學預言，也為搜尋宇宙中更輕的暗物質粒子提供了關鍵實驗依據。相關研究成果15日發表于《自然》雜志。
暗物質是宇宙物質總量中占比約85%的神秘物質，它不發光、不發熱，卻憑借強大的引力影響著星系運動。長期以來，科學家都將探測暗物質的重點放在弱相互作用大質量粒子這一假設粒子上。盡管多個暗物質探測實驗不斷刷新靈敏度極限，但至今仍未發現暗物質存在的直接證據。
因此，越來越多的科學家將目光投向更輕的暗物質粒子。然而，這些粒子與普通物質的相互作用極其微弱，產生的信號遠低于現有探測器的靈敏度下限，傳統探測方法幾乎無能為力。
蘇聯物理學家阿爾卡季·米格達爾于1939年提出的米格達爾效應，為突破困局帶來了希望。該效應描述了一種量子現象：粒子撞擊原子核時，可能把部分能量傳遞給核外的電子，使得電子可能脫離原子核束縛。這一過程可將原本難以探測的微弱信號轉化為可觀測的電信號，為捕捉輕暗物質提供了可能。
“米格達爾效應被認為是突破輕暗物質探測能量閾值的關鍵理論路徑。但80多年來，中性粒子碰撞中的米格達爾效應始終未被實驗直接證實，這也使得依賴該效應的暗物質探測實驗，始終面臨理論假設缺乏實驗支撐的質疑。”論文通訊作者、中國科學院大學教授鄭陽恒說。
在這項研究中，研究團隊成功捕捉到中子與原子核作用時出現的米格達爾效應事例，統計顯著性超過5倍標準差，達到物理學“發現”標準；同時精準測量出了米格達爾效應截面與原子核反沖截面的比值。
鄭陽恒表示，這項研究突破了輕暗物質探測中長期存在的閾值瓶頸，未來國際暗物質探測實驗可利用該效應提升信號識別精度，擴展暗物質探測區間。
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