解密暗物质！我国科研团队首次直接观测到米格达尔效应，有多厉害

中国科学院大学联合国内多所高校科研团队，于近期在暗物质探测领域取得一项重大突破。该团队首次直接观测到米格达尔效应，这一成果已于2026年1月15日发表在国际顶级学术期刊《自然》上。

据了解，参与此项研究的高校包括广西大学、华中师范大学、兰州大学、南京师范大学、烟台大学等。

米格达尔效应的直接观测，标志着我国在探索暗物质这一宇宙谜团方面迈出了关键一步。暗物质是宇宙中一种看不见、摸不着的物质，占据了宇宙质量的绝大部分，但我们对其性质和组成知之甚少。直接探测暗物质，是当前物理学界的重要研究方向之一。

此项研究的重要意义在于，它为轻质量暗物质（质量低于几GeV）的直接探测提供了一种全新的路径。传统的暗物质探测方法对于轻质量暗物质的探测效果有限，而利用米格达尔效应，可以更加有效地捕捉到轻质量暗物质与普通物质相互作用时产生的信号。

米格达尔效应：理论预言与实验验证的跨越

米格达尔效应，由苏联物理学家阿尔卡季·米格达尔于1939年提出，是原子核物理学中的一个重要概念。其核心机制描述了这样一种现象：当原子核由于外部能量的作用而加速运动时，例如受到暗物质粒子的碰撞，反冲过程中产生的内部电场变化会将一部分能量传递给核外电子。

这种能量转移足以使电子挣脱原子核的束缚，从而形成两条在同一点开始的带电粒子径迹，即所谓的“共顶点”。

具体来说，米格达尔效应的发生需要以下条件：

首先，原子核必须受到足够大的能量冲击，例如来自暗物质粒子的碰撞。

其次，原子核在碰撞后的反冲运动会引起原子内部电场的快速变化。

最后，这种电场变化能够将部分能量传递给核外电子，使其获得足够的动能脱离原子束缚。脱离束缚的电子与反冲的原子核将各自形成一条带电径迹，而这两条径迹由于都源于同一个原子，因此理论上会在同一点起始，形成“共顶点”的特征。

米格达尔效应的提出，为探测暗物质提供了一种潜在的途径。因为暗物质与普通物质的相互作用极其微弱，传统的探测手段难以奏效。然而，如果暗物质粒子能够与原子核发生碰撞，并引发米格达尔效应，那么通过探测共顶点的带电径迹，就有可能间接推断出暗物质粒子的存在。

然而，尽管米格达尔效应在理论上被广泛讨论，并在暗物质探测领域扮演着重要角色，但自其提出以来，长达80余年的时间里，中性粒子碰撞过程中米格达尔效应的实验验证却始终面临挑战。

这使得依赖该效应的暗物质探测，长期以来都受到“理论假设缺乏实证支撑”的质疑。理论的提出与实验的验证之间存在巨大的鸿沟，限制了米格达尔效应在实际应用中的价值。

米格达尔效应进行实验验证的困难

首先，暗物质粒子与普通物质的相互作用极其微弱，发生碰撞的概率极低。其次，即使发生了碰撞，米格达尔效应本身也是一个相对罕见的现象。这使得探测到米格达尔效应产生的共顶点径迹变得非常困难。

尽管面临诸多挑战，科学家们一直没有放弃对米格达尔效应的实验验证。随着探测技术的不断进步，以及新一代暗物质探测实验的开展，我们有理由相信，米格达尔效应最终会被实验证实，从而为暗物质探测以及原子核物理学的发展做出更大的贡献。米格达尔效应从理论预言到实验验证的跨越，将是一项具有里程碑意义的成就。

实验突破：超灵敏探测装置与暗物质探索的关键技术

近年来，粒子物理学和宇宙学领域对暗物质的探索持续升温。探测暗物质与普通物质之间微弱的相互作用，是揭示暗物质本质的关键。

近期，一个科研团队自主研发了一种“微结构气体探测器+像素读出芯片”组合的超灵敏探测装置，并在实验中取得了重要突破。该装置具有极高的灵敏度，如同“拍摄单原子运动中释放电子过程的照相机”。

该实验的核心是模拟暗物质与原子核的碰撞过程。研究团队利用紧凑型氘—氘聚变反应加速器中子源，以中子轰击气体分子。理论上，如果暗物质与原子核发生碰撞，会产生原子核反冲，并伴随米格达尔电子的产生。这两种粒子同时产生，形成具有“共顶点”的独特轨迹，为实验提供关键信号。

实验的关键挑战在于从复杂的背景干扰中提取米格达尔事件的信号。自然界中存在大量伽马射线和宇宙射线，它们也会在探测器中产生类似信号。为此，研究团队巧妙利用米格达尔事件的独特轨迹特征，通过精确分析轨迹的顶点位置、角度和能量等信息，成功地将米格达尔事件从背景干扰中区分出来。

通过对大量实验数据的分析，研究团队首次直接证实了米格达尔效应的存在。这一突破性成果不仅验证了米格达尔效应的理论预测，也为寻找暗物质提供了一种新的实验手段。这种超灵敏探测装置及其关键技术，有望在未来的暗物质探测实验中发挥重要作用，帮助科学家们更深入地了解宇宙的奥秘。未来，随着技术的不断完善和实验的不断深入，我们期待该团队能在暗物质探测领域取得更多突破性的进展。

科学意义——为轻暗物质探测打开新窗口

当前主流暗物质探测实验，例如WIMP探测，其核反冲能量阈值通常在千电子伏特（keV）量级。然而，对于质量低于几个十亿电子伏特（GeV）的轻暗物质粒子而言，其引起的核反冲能量极其微弱，难以被现有技术有效探测。

米格达尔效应的发现为突破这一瓶颈提供了新的可能性。该效应的核心在于能量转移机制：它能够将部分核反冲能量转化为电子电离能，从而使电子能量显著高于原始的核反冲能量，有效降低了探测的能量阈值。

更为重要的是，米格达尔电子产生的电离信号能够被现有探测器捕捉，为轻暗物质的探测提供了一条可行的技术路径，即通过增强信号来提高探测灵敏度。

这项研究不仅填补了长期以来实验验证米格达尔效应的空白，进一步巩固了该效应的理论基础。更重要的是，它为未来利用米格达尔效应进行轻质量暗物质探测的应用奠定了坚实的基础，开启了轻暗物质探测的新窗口。

技术能力体现与未来展望

本次实验充分体现了我国在高品质气体探测技术领域的自主创新能力。探测装置的灵敏度与分辨率已达到国际领先水平，这不仅证明了我国在该领域的技术实力，也为未来的科研突破奠定了坚实基础。

该研究由中国科学院大学牵头，联合多所高校协同攻关，整合了粒子物理、探测器技术、数据分析等多领域优势。这种跨学科合作模式为未来大型科学工程提供了宝贵的合作范式，展现了我国科研力量的强大整合能力。

科研团队计划将本次实验结果融入下一代探测器的设计中，通过优化探测器结构与信号处理算法，进一步提升对轻暗物质的探测效率。

正如项目骨干成员郑阳恒教授所言：“暗物质是理解宇宙起源与演化的关键，我们的工作让人类在这场‘宇宙寻宝游戏’中，又靠近了目标一步。” 这预示着我国在暗物质探测领域将持续发力，为揭示宇宙奥秘做出更大的贡献。