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1月15日，國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》刊發(fā)了由中國(guó)科學(xué)院大學(xué)主導(dǎo)，聯(lián)合廣西大學(xué)、華中師范大學(xué)等多個(gè)單位完成的重大科研成果，宣布首次在實(shí)驗(yàn)中直接證實(shí)中性粒子碰撞場(chǎng)景下的米格達(dá)爾效應(yīng)，這意味著輕暗物質(zhì)探測(cè)邁出了具有破局意義的堅(jiān)實(shí)一步。文章第一作者為中國(guó)科學(xué)院大學(xué)和廣西大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)的博士生易滌凡。
蘇聯(lián)著名物理學(xué)家阿爾卡季·米格達(dá)爾于1939年提出的米格達(dá)爾效應(yīng)，被視為突破輕暗物質(zhì)探測(cè)閾值瓶頸的重要物理路徑。通過(guò)這一效應(yīng)，可以將原本“不可探測(cè)”的低能核反沖信號(hào)，轉(zhuǎn)化為“可觀(guān)測(cè)”的電子信號(hào)。80余年來(lái)，由于探測(cè)設(shè)備難以精準(zhǔn)捕捉這一過(guò)程中極其微弱的電子信號(hào)與獨(dú)特軌跡，中性粒子碰撞場(chǎng)景下的米格達(dá)爾效應(yīng)始終未被實(shí)驗(yàn)直接證實(shí)。
本次科研成果得益于探測(cè)器性能突破?！皩?shí)驗(yàn)所用的氣體微通道板像素探測(cè)器與CXPD01星載探測(cè)器技術(shù)同源，因?yàn)槠浜诵募夹g(shù)特性與米格達(dá)爾效應(yīng)探測(cè)需求高度契合，我們將它跨界應(yīng)用于地面實(shí)驗(yàn)?！睆V西大學(xué)物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院教授劉宏邦介紹，該探測(cè)器由廣西大學(xué)牽頭的宇宙X射線(xiàn)偏振探測(cè)合作組歷經(jīng)十余年研發(fā)，2023年研制完成。
中國(guó)科學(xué)院大學(xué)教授劉倩介紹，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)以廣西大學(xué)自主研制的氣體像素探測(cè)器為核心部件，搭建了一組超靈敏探測(cè)裝置，相當(dāng)于可拍攝“單原子運(yùn)動(dòng)中釋放電子過(guò)程”的“照相機(jī)”，在實(shí)驗(yàn)中利用中子源轟擊“照相機(jī)”內(nèi)的氣體分子，同時(shí)產(chǎn)生原子核反沖與米格達(dá)爾電子，探測(cè)裝置成功“抓拍”到二者形成的“共頂點(diǎn)”獨(dú)特軌跡，驗(yàn)證了米格達(dá)爾效應(yīng)，為輕暗物質(zhì)探測(cè)突破閾值瓶頸提供關(guān)鍵支撐，同時(shí)還首次測(cè)量了該效應(yīng)截面與原子核反沖截面的比值，為國(guó)際暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)提供關(guān)鍵校準(zhǔn)依據(jù)。
作為現(xiàn)代物理學(xué)和宇宙學(xué)中最具挑戰(zhàn)性的科學(xué)問(wèn)題之一，“暗物質(zhì)是什么”困擾了人類(lèi)一個(gè)多世紀(jì)。大量天文觀(guān)測(cè)表明，暗物質(zhì)約占宇宙物質(zhì)總量的85%，但長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家始終未能找到其存在的直接證據(jù)。
