科技日报记者 韦秋莹
近日，由中国科学院大学牵头，联合广西大学等多所高校组成的科研攻关团队，首次直接观测到原子核被中子撞击激发的米格达尔效应，这是基础实验物理领域取得的重要突破。成果于北京时间1月15日在《Nature》正刊上发表。第一作者为中国科学院大学与广西大学联合培养的博士研究生易涤凡，广西大学物理科学与工程技术学院刘宏邦教授是共同通讯作者。据悉，此次研究中，广西大学空间粒子探测技术团队负责核心探测器研发以及提供探测器测试和验证平台，为成果突破提供了关键支撑。
暗物质提出源于天文观测中的异常引力现象，它不参与电磁相互作用，即不发光，因此被形象的称为暗物质。它占比约85%宇宙质量，却一直保持神秘。此前，全球科学界聚焦于GeV量级的大质量暗物质粒子（WIMP粒子）探测，但始终未获直接证据。近年来，质量介于兆电子伏特（MeV）至千兆电子伏特（GeV）之间的低质量暗物质，因受太阳中微子等本底干扰较小，成为新的研究热点。而20世纪40年代由理论物理学家阿尔卡季・米格达尔提出的米格达尔效应，被认为是突破低质量暗物质探测阈值的关键机制之一，该效应描述了原子核受扰动反冲时，原子内层电子产生非绝热响应并被激发或电离的物理过程，但长期以来缺乏直接实验证据。
为破解这一难题，科研团队创新性构建了中子束流实验体系，结合高颗粒度二维像素探测技术，成功捕捉到清晰的米格达尔效应信号。实验历时约150小时，最终从近百万个事件中筛选出6个符合标准的候选事件，统计显著性超过5个标准差，达到粒子物理领域“发现”的公认标准。团队还精确测量出米格达尔效应截面与原子核反冲截面的比值为（4.9±1.9/+2.6）×10^-5，与3.9×10^-5的理论预测在误差范围内保持一致，为该效应在暗物质实验中的可靠性提供了坚实数据支撑。
此外，实验采用国产化气体像素探测方案，具备超低能阈、高空间分辨率和优异的二维成像能力，能够精准区分极低能电子信号与复杂本底，是实现本次突破性观测的关键技术基础。其核心探测器、读出电子学、像素芯片及数据处理方法，由广西大学牵头，联合中国科学院大学、华中师范大学、中国科学院高能物理研究所等单位组成的合作团队自主研发，构建了完整、自主可控的技术体系。此次基础物理领域米格达尔效应的重要发现，为下一步的轻暗物质粒子直接探测提供了坚实的理论基础和探测技术基础。
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