由中國科學院大學牽頭，聯(lián)合廣西大學、華中師范大學等多所高校組成的科研團隊，在基礎(chǔ)物理研究領(lǐng)域取得重大突破——首次直接觀測到理論預言80余年的米格達爾效應。該成果為輕質(zhì)量暗物質(zhì)探測提供了全新路徑，相關(guān)論文近日發(fā)表于國際權(quán)威學術(shù)期刊《自然》。

1939年，蘇聯(lián)物理學家阿爾卡季·米格達爾通過量子力學推導提出：當原子核獲得能量加速運動時，其內(nèi)部電場變化可能將部分能量轉(zhuǎn)移給核外電子，使電子脫離原子束縛形成特殊軌跡。這一現(xiàn)象雖被命名為米格達爾效應，但受限于實驗條件，長期未能獲得直接驗證。進入21世紀，科學家發(fā)現(xiàn)該效應可能成為突破輕暗物質(zhì)探測技術(shù)瓶頸的關(guān)鍵，但中性粒子碰撞過程中是否真實存在米格達爾效應，始終是學界爭議焦點。

研究團隊歷時五年自主研發(fā)出"微結(jié)構(gòu)氣體探測器+像素讀出芯片"組合裝置，該設(shè)備如同可捕捉單原子級運動的"超高速攝像機"。通過緊湊型氘—氘聚變反應加速器產(chǎn)生中子束轟擊氣體分子，實驗同時觀測到原子核反沖與電子脫離形成的"共頂點"軌跡。團隊運用機器學習算法對每秒數(shù)百萬次的粒子碰撞事件進行篩選，最終從伽馬射線、宇宙射線等復雜背景中分離出米格達爾效應的獨特信號。

項目負責人劉倩教授指出，傳統(tǒng)暗物質(zhì)探測主要依賴原子核反沖信號，但輕質(zhì)量暗物質(zhì)產(chǎn)生的能量常低于探測閾值。米格達爾效應通過電子釋放機制，將探測靈敏度提升至原有水平的千分之一，相當于在嘈雜環(huán)境中捕捉到蝴蝶振翅的微弱氣流。實驗中使用的氣體探測器技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平，其空間分辨率達0.1毫米，時間分辨率突破納秒級。

該成果獲得國內(nèi)外同行高度評價。錦屏CDEX暗物質(zhì)實驗首席科學家岳騫認為，這項突破不僅驗證了量子力學的重要預言，更證明了我國在精密探測儀器研發(fā)領(lǐng)域的實力。研究團隊采用的"中子源模擬暗物質(zhì)碰撞"方案，為后續(xù)開展地下實驗室直接探測實驗奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

據(jù)介紹，這項跨學科研究涉及核物理、粒子探測、材料科學等多個領(lǐng)域，廣西大學負責核心探測器研制，華中師范大學提供理論模型支持，蘭州大學參與數(shù)據(jù)重建算法開發(fā)。研究獲得國家自然科學基金委、科技部重點研發(fā)計劃等項目資助，累計投入經(jīng)費超3000萬元。