國科大科研團隊首次直接觀測到米格達爾效應

近期，由中國科學院大學（以下簡稱“國科大”）主導、多所學校參與的科研團隊首次直接觀測到米格達爾效應，這一發現為輕暗物質探測突破閾值瓶頸提供關鍵支撐。上述成果于北京時間1月15日在《自然》（Nature）上發表，并在國科大舉辦了米格達爾效應學術研討會。

實驗中發現的米格達爾效應事例展示

米格達爾效應由蘇聯著名物理學家阿爾卡季·米格達爾于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部電場變化將部分能量轉移給原子核外電子，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。

進入21世紀，科學家們逐漸意識到，米格達爾效應可以是突破輕暗物質探測閾值瓶頸的重要路徑之一。自理論預言提出后的80多年間，中性粒子碰撞過程中的米格達爾效應是否存在，一直未被發現或證實，這使得依賴該效應的暗物質探測實驗，始終面臨“理論假設缺乏實證支撐”的質疑。

國科大物理科學學院教授劉倩介紹，團隊自主研發了“微結構氣體探測器+像素讀出芯片”組合的超靈敏探測裝置，相當于可拍攝“單原子運動中釋放電子過程”的“照相機”。利用緊湊型氘—氘聚變反應加速器中子源，轟擊“照相機”內的氣體分子，會同時產生原子核反沖與米格達爾電子，二者形成“共頂點”的獨特軌跡。通過分析這一特征，團隊成功地將這種“米格達爾事件”從伽馬射線、宇宙射線等背景干擾中區分開來，首次直接證實了1939年利用量子力學預言的米格達爾效應。

探測器結構與工作原理

錦屏CDEX暗物質實驗負責人岳騫認為，這項成果不僅填補了實驗驗證米格達爾效應的長期空白，鞏固了米格達爾效應的理論基礎，還充分體現了國內高品質氣體探測技術的能力，為輕質量暗物質探測的應用邁出了堅實的第一步。

國科大副校長、粒子物理實驗團隊負責人鄭陽恒教授表示，團隊還將與暗物質探測實驗團隊合作，將此次實驗結果融入下一代探測器的研發中。“暗物質是理解宇宙起源與演化的關鍵，我們的工作讓人類在這場‘宇宙尋寶游戲’中，又靠近了目標一步。”鄭陽恒說。

團隊核心成員中，文章第一作者易滌凡，重要貢獻者蘇晨光、孔令全均為國科大本博貫通培養博士生；左杰、余運林晨兩位學生在本科階段加入團隊，在團隊指導下深度參與本項科研工作并作出實質性貢獻。

實驗裝置與布局

此次研究工作由國科大牽頭，廣西大學負責核心探測器研發以及提供探測器測試和驗證平臺，華中師范大學、蘭州大學、南京師范大學、煙臺大學合作協同攻關。研究得到國家自然科學基金委創新研究群體項目、國家重點研發項目、廣西人才小高地等多個基金的支持。

米格達爾效應學術研討會現場

來源：中國科學院大學、新華社

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