近日，中國科學院大學團隊等利用自主研發(fā)的專用氣體探測器和像素讀出芯片，首次在實驗中直接觀測到中子與原子核碰撞過程中的米格達爾效應，為輕暗物質探測突破閾值瓶頸提供了關鍵實驗證據。

　　暗物質是宇宙物質總量中占比約85%的神秘物質。除了引力外，至今沒有其他辦法“探測”到它。因此，科學家將目光投向更輕的暗物質粒子。但是，這些粒子與普通物質的相互作用極其微弱，產生的信號低于現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)物理學家阿爾卡季?米格達爾于1939年首次提出米格達爾效應，為突破這一困局帶來了希望。該效應描述了一種量子現象：粒子與原子核碰撞時，可能將部分能量轉移給原子核外電子，使電子有概率獲得足夠能量脫離原子束縛。這一過程可將原本不可探測的低能量信號轉化為可捕捉的電子信號，為捕捉輕暗物質提供了可能。

　　米格達爾效應被認為是突破輕暗物質探測能量閾值的關鍵理論路徑。但80多年來，中性粒子碰撞中的米格達爾效應始終未被實驗直接證實，這使得依賴該效應的暗物質探測實驗，面臨理論假設缺乏實驗支撐的質疑。

　　研究團隊自主研發(fā)了微結構氣體探測器+像素讀出芯片組合的超靈敏探測裝置，相當于一臺可拍攝“單原子運動中釋放電子過程”的“照相機”。利用緊湊型氘-氘聚變反應加速器中子源，轟擊“照相機”內的氣體分子，同時產生原子核反沖與米格達爾電子，二者形成“共頂點”的獨特軌跡。

　　通過分析這一特征，團隊成功將米格達爾事例從伽馬射線、宇宙射線等背景干擾中區(qū)分開來，統(tǒng)計顯著性超過5倍標準差，達到物理學“發(fā)現”標準；同時精準測量出米格達爾效應截面與原子核反沖截面的比值。

　　團隊計劃進一步優(yōu)化探測器的性能，拓展對不同元素的米格達爾效應的觀測，為更輕質量的暗物質粒子探測提供數據支持。同時，團隊還將與暗物質探測實驗團隊合作，將此次實驗結果融入下一代探測器的研發(fā)中。

　　暗物質是理解宇宙起源與演化的關鍵，這一工作讓人類在這場“宇宙尋寶游戲”中又靠近了目標一步。

探測器結構與工作原理

實驗裝置與布局

實驗發(fā)現的米格達爾效應事例展示