依托我国自主研发的专用气体探测器和像素读出芯片，中国科学院大学领衔的联合研究团队在实验领域取得了重大突破。他们首次成功观测到了中子与原子核碰撞过程中的米格达尔效应，这一发现不仅验证了87年前量子力学的预言，还为探索宇宙中更轻的暗物质粒子提供了关键的实验支持。该研究成果已于15日发表在国际权威科学期刊《自然》上。
暗物质，作为一种神秘而关键的宇宙成分，占据了宇宙物质总量的约85%。这种物质独特之处在于它既不发光也不发热，然而，它却以惊人的引力力量深刻地影响着星系的运动轨迹。科学家们长期致力于探索暗物质的奥秘，其研究重点主要集中在一种名为“弱相互作用大质量粒子”的假设粒子上。尽管众多暗物质探测实验在灵敏度上不断取得突破，刷新了历史记录，但时至今日，我们仍未找到直接证明暗物质存在的确切证据。
因此，越来越多的科学家将目光投向更轻的暗物质粒子。然而，这些粒子与普通物质的相互作用极其微弱，产生的信号远低于现有探测器的灵敏度下限，传统探测方法几乎无能为力。
苏联物理学家阿尔卡季·米格达尔于1939年提出的米格达尔效应，为突破困局带来了希望。该效应描述了一种量子现象：粒子撞击原子核时，可能把部分能量传递给核外的电子，使得电子可能脱离原子核束缚。这一过程可将原本难以探测的微弱信号转化为可观测的电信号，为捕捉轻暗物质提供了可能。
“米格达尔效应被认为是突破轻暗物质探测能量阈值的关键理论路径。但80多年来，中性粒子碰撞中的米格达尔效应始终未被实验直接证实，这也使得依赖该效应的暗物质探测实验，始终面临理论假设缺乏实验支撑的质疑。”论文通讯作者、中国科学院大学教授郑阳恒说。
在本项研究中，研究团队成功记录了中子与原子核相互作用引发的米格达尔效应实例，其统计显著性超出5倍标准误差，符合物理学的“发现”判定标准。此外，他们还精确测定了米格达尔效应截面与原子核反冲截面之间的比例关系。
郑阳恒指出，该研究成功突破了轻暗物质探测领域长期面临的阈值障碍，为国际暗物质探测实验提供了新的可能性，有助于提高信号识别的准确性，并拓宽暗物质探测的范围。
