利用自主研發(fā)的專用氣體探測器和像素讀出芯片，由中國科學(xué)院大學(xué)主導(dǎo)的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，首次在實(shí)驗(yàn)中直接觀測到中子與原子核碰撞過程中的米格達(dá)爾效應(yīng)，不僅證實(shí)了87年前的量子力學(xué)預(yù)言，也為搜尋宇宙中更輕的暗物質(zhì)粒子提供了關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)依據(jù)。相關(guān)研究成果15日發(fā)表于《自然》雜志。

暗物質(zhì)是宇宙物質(zhì)總量中占比約85%的神秘物質(zhì)，它不發(fā)光、不發(fā)熱，卻憑借強(qiáng)大的引力影響著星系運(yùn)動(dòng)。長期以來，科學(xué)家都將探測暗物質(zhì)的重點(diǎn)放在弱相互作用大質(zhì)量粒子這一假設(shè)粒子上。盡管多個(gè)暗物質(zhì)探測實(shí)驗(yàn)不斷刷新靈敏度極限，但至今仍未發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)存在的直接證據(jù)。

因此，越來越多的科學(xué)家將目光投向更輕的暗物質(zhì)粒子。然而，這些粒子與普通物質(zhì)的相互作用極其微弱，產(chǎn)生的信號(hào)遠(yuǎn)低于現(xiàn)有探測器的靈敏度下限，傳統(tǒng)探測方法幾乎無能為力。

蘇聯(lián)物理學(xué)家阿爾卡季·米格達(dá)爾于1939年提出的米格達(dá)爾效應(yīng)，為突破困局帶來了希望。該效應(yīng)描述了一種量子現(xiàn)象：粒子撞擊原子核時(shí)，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(hào)轉(zhuǎn)化為可觀測的電信號(hào)，為捕捉輕暗物質(zhì)提供了可能。

“米格達(dá)爾效應(yīng)被認(rèn)為是突破輕暗物質(zhì)探測能量閾值的關(guān)鍵理論路徑。但80多年來，中性粒子碰撞中的米格達(dá)爾效應(yīng)始終未被實(shí)驗(yàn)直接證實(shí)，這也使得依賴該效應(yīng)的暗物質(zhì)探測實(shí)驗(yàn)，始終面臨理論假設(shè)缺乏實(shí)驗(yàn)支撐的質(zhì)疑。”論文通訊作者、中國科學(xué)院大學(xué)教授鄭陽恒說。

在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)成功捕捉到中子與原子核作用時(shí)出現(xiàn)的米格達(dá)爾效應(yīng)事例，統(tǒng)計(jì)顯著性超過5倍標(biāo)準(zhǔn)差，達(dá)到物理學(xué)“發(fā)現(xiàn)”標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)精準(zhǔn)測量出了米格達(dá)爾效應(yīng)截面與原子核反沖截面的比值。

鄭陽恒表示，這項(xiàng)研究突破了輕暗物質(zhì)探測中長期存在的閾值瓶頸，未來國際暗物質(zhì)探測實(shí)驗(yàn)可利用該效應(yīng)提升信號(hào)識(shí)別精度，擴(kuò)展暗物質(zhì)探測區(qū)間。