我国科学家在《自然》发表重大成果 首次直接观测到米格达尔效应

长期以来,物理学界在理解微观世界时面临一个关键难题:当原子核受到外部撞击并发生加速,其内部电场会剧烈变化,理论上可能把能量传递给核外电子,使电子脱离原子束缚。这个现象被称为“米格达尔效应”,由苏联物理学家阿尔卡季·米格达尔于1939年提出。但由于对应的过程极其微弱、难以在微观层面直接观测,这一预言长期缺乏实验上的直接证据,成为困扰科学界数十年的问题。米格达尔效应的核心特征在于:原子核反冲的轨迹与逃逸电子的轨迹从同一点出发,形成独特的“共顶点”双径迹信号。要在复杂背景噪声中识别这一微弱特征,需要极高灵敏度的探测装置。为突破这一瓶颈,中国科学院大学联合广西大学、华中师范大学、兰州大学、南京师范大学、烟台大学等多家科研机构,自主研制了“微结构气体探测器加像素读出芯片”核心装置。这套装置可在高精度与高分辨率条件下记录粒子径迹,被形象比喻为能“拍到”单原子尺度运动的高速“照相机”。在实验中,研究人员利用中子源轰击探测器内的气体分子,并通过针对性的算法处理数据,从伽马射线、宇宙射线等背景中,识别出原子核与电子同时产生的“共顶点”图像。该结果为米格达尔效应的存在提供了直接物理证据,使这一理论预言在提出80多年后首次获得实验层面的明确支持。该发现对暗物质研究同样重要。暗物质被认为占宇宙总质量的约85%,但其本质仍未揭示。过去几十年,科学界提出可借助米格达尔效应探测轻质量暗物质,但由于效应本身未被直接证实,相关实验一直面临基础不足的质疑。此次成果不仅夯实了轻暗物质探测的理论依据,也为下一代暗物质探测器研发提供了关键支撑。锦屏CDEX暗物质实验负责人岳骞表示,这一进展标志着我国在轻暗物质探测方向取得实质性突破,也显示出国产高端气体探测技术的竞争力。从技术转化角度看,这项基础研究正在加速走向应用。项目骨干郑阳恒教授介绍,团队计划将相关技术用于下一代暗物质探测器研发,以继续提升探测灵敏度与测量精度。随着米格达尔效应实现直接观测,基于该效应的暗物质探测有望获得更清晰的实验路径。此次研究得到国家自然科学基金委创新研究群体项目、国家重点研发项目、广西人才小高地等多个项目支持,也反映了多学科、多机构协同攻关在基础科学研究中的作用。

从理论提出到首次直接观测,跨越的不只是时间,更是对极限测量能力的长期积累;以关键效应的实证为支点,基础研究与自主仪器相互推动,将为揭示暗物质此宇宙重大谜题提供更可靠的证据链。面向未来,只有持续投入、强化协同攻关、完善技术体系,才能在探索未知的道路上把“不可能”不断转化为“可验证、可抵达”。