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近日，中國科學院大學團隊等利用自主研發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，傳統探測方法幾乎無能為力。

蘇聯物理學家阿爾卡季?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分開來，統計顯著性超過5倍標準差，達到物理學“發現”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。

相關研究成果發表在《自然》（Nature）上。

探測器結構與工作原理

實驗裝置與布局

實驗發現的米格達爾效應事例展示