近期，由中國科學(xué)院大學(xué)主導(dǎo)、多所學(xué)校參與的科研團(tuán)隊(duì)首次直接觀測(cè)到米格達(dá)爾效應(yīng)，這一發(fā)現(xiàn)為輕暗物質(zhì)探測(cè)突破閾值瓶頸提供關(guān)鍵支撐。上述成果北京時(shí)間1月15日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》上發(fā)表。

實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的米格達(dá)爾效應(yīng)事例展示。（受訪者供圖）

米格達(dá)爾效應(yīng)由蘇聯(lián)著名物理學(xué)家阿爾卡季·米格達(dá)爾于1939年首次提出：一個(gè)原子的原子核突然獲得能量加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子核在反沖過程中的內(nèi)部電場(chǎng)變化將部分能量轉(zhuǎn)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(diǎn)”的兩條帶電徑跡。

進(jìn)入21世紀(jì)，科學(xué)家們逐漸意識(shí)到，米格達(dá)爾效應(yīng)可以是突破輕暗物質(zhì)探測(cè)閾值瓶頸的重要路徑之一。自理論預(yù)言提出后的80多年間，中性粒子碰撞過程中的米格達(dá)爾效應(yīng)是否存在，一直未被發(fā)現(xiàn)或證實(shí)，這使得依賴該效應(yīng)的暗物質(zhì)探測(cè)實(shí)驗(yàn)，始終面臨“理論假設(shè)缺乏實(shí)證支撐”的質(zhì)疑。

據(jù)中國科學(xué)院大學(xué)教授劉倩介紹，團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了“微結(jié)構(gòu)氣體探測(cè)器+像素讀出芯片”組合的超靈敏探測(cè)裝置，相當(dāng)于可拍攝“單原子運(yùn)動(dòng)中釋放電子過程”的“照相機(jī)”。利用緊湊型氘—氘聚變反應(yīng)加速器中子源，轟擊“照相機(jī)”內(nèi)的氣體分子，會(huì)同時(shí)產(chǎn)生原子核反沖與米格達(dá)爾電子，二者形成“共頂點(diǎn)”的獨(dú)特軌跡。通過分析這一特征，團(tuán)隊(duì)成功地將這種“米格達(dá)爾事件”從伽馬射線、宇宙射線等背景干擾中區(qū)分開來。首次直接證實(shí)了1939年利用量子力學(xué)預(yù)言的米格達(dá)爾效應(yīng)。

圖為探測(cè)器結(jié)構(gòu)與工作原理。（受訪者供圖）

錦屏CDEX暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)負(fù)責(zé)人岳騫認(rèn)為，這項(xiàng)成果不僅填補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證米格達(dá)爾效應(yīng)的長期空白，鞏固了米格達(dá)爾效應(yīng)的理論基礎(chǔ)，還充分體現(xiàn)了國內(nèi)高品質(zhì)氣體探測(cè)技術(shù)的能力，為輕質(zhì)量暗物質(zhì)探測(cè)的應(yīng)用邁出了堅(jiān)實(shí)的第一步。

項(xiàng)目骨干成員、中國科學(xué)院大學(xué)教授鄭陽恒表示，團(tuán)隊(duì)還將與暗物質(zhì)探測(cè)實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)合作，將此次實(shí)驗(yàn)結(jié)果融入下一代探測(cè)器的研發(fā)中?！鞍滴镔|(zhì)是理解宇宙起源與演化的關(guān)鍵，我們的工作讓人類在這場(chǎng)‘宇宙尋寶游戲’中，又靠近了目標(biāo)一步?！编嶊柡阏f。

圖為實(shí)驗(yàn)裝置與布局。（受訪者供圖）

此次研究工作由中國科學(xué)院大學(xué)牽頭，廣西大學(xué)負(fù)責(zé)核心探測(cè)器研發(fā)以及提供探測(cè)器測(cè)試和驗(yàn)證平臺(tái)，華中師范大學(xué)、蘭州大學(xué)、南京師范大學(xué)、煙臺(tái)大學(xué)合作協(xié)同攻關(guān)。研究得到國家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、廣西人才小高地等多個(gè)基金的支持。