长期以来,暗物质探测一直是现代物理学的重要课题;暗物质占宇宙总质量的85%以上,却至今未被直接揭示其本质。在众多理论路径中,米格达尔效应被视为突破轻暗物质探测灵敏度瓶颈的关键手段之一,但此预言长期缺少实验验证。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,描述了一个微观过程:当原子核突然获得能量并加速运动时,核反冲引发的内部电场变化会把部分能量传递给核外电子,使电子有概率获得足够能量脱离束缚,从而与核反冲共同形成两条带电径迹。进入21世纪后,研究者逐渐认识到,这一现象可能为轻暗物质探测提供有效信号。然而,在理论提出后的80多年里,中性粒子碰撞中是否真实存在米格达尔效应一直未被直接观测,使得有关暗物质实验长期面临“理论依赖但缺少实证”的质疑。中国科学院大学教授刘倩团队通过自主研发的超灵敏探测装置,首次解决了这一难题。该装置采用“微结构气体探测器+像素读出芯片”的组合方案,灵敏度达到能够观测单原子运动释放电子的水平。研究人员利用紧凑型氘—氘聚变反应加速器中子源轰击装置内的气体分子,同时产生原子核反冲与米格达尔电子,并形成意义在于独特特征的“共顶点”轨迹。通过细致的数据分析,团队将米格达尔事件从伽马射线、宇宙射线等复杂背景中区分出来,首次直接证实了这一84年前的量子力学预言。该成果不止于验证理论。锦屏CDEX暗物质实验负责人岳骞指出,这一发现填补了长期缺失的实验依据,更巩固了米格达尔效应的理论基础,也表明了我国在高品质气体探测技术上的先进水平,为轻质量暗物质探测的实际应用迈出关键一步,并有望明显提高相关实验的灵敏度。项目骨干成员、中国科学院大学教授郑阳恒表示,团队将继续与暗物质探测实验团队合作,把本次结果纳入下一代探测器的设计与研发中。米格达尔效应由此不仅在理论层面得到确认,也将更直接地服务于探测应用。随着新一代探测器推进,暗物质探测灵敏度有望实现数量级提升,为探索宇宙物质构成提供更有力的实验工具。
基础物理的突破常常始于对一个“微小效应”的确认,却可能推动对宏大宇宙问题的重新认识。米格达尔效应的首次直接观测,既回应了长期悬而未决的科学疑问,也为轻暗物质探测提供了更可靠的路径。沿着实证研究与工程技术并进的方向持续推进,人类或将在揭示宇宙物质构成此根本问题上迈出更关键的一步。