1月15日，煙臺(tái)大學(xué)物理與電子信息學(xué)院祝斌教授參與的聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)在Nature期刊上發(fā)表研究論文“Direct observation of the Migdal effect induced by neutron bombardment”。該成果首次直接觀(guān)測(cè)到米格達(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。
暗物質(zhì)是宇宙物質(zhì)組成的重要部分，是維系星系形成與穩(wěn)定的宇宙“隱形骨架”。暗物質(zhì)作為粒子物理、宇宙學(xué)、天文學(xué)共同的世紀(jì)謎題，也是人類(lèi)探索宇宙起源與演化的核心突破口。1939年由理論物理學(xué)家阿爾卡季?米格達(dá)爾提出的米格達(dá)爾效應(yīng)，被認(rèn)為是突破低質(zhì)量暗物質(zhì)探測(cè)閾值的關(guān)鍵機(jī)制之一，該效應(yīng)描述了原子核受擾動(dòng)反沖時(shí)，原子內(nèi)層電子產(chǎn)生非絕熱響應(yīng)并被激發(fā)或電離的物理過(guò)程，但長(zhǎng)期以來(lái)缺乏直接實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
探測(cè)器結(jié)構(gòu)與工作原理
實(shí)驗(yàn)觀(guān)測(cè)到的米格達(dá)爾
為破解這一難題，研究團(tuán)隊(duì)利用中子源轟擊探測(cè)器內(nèi)的氣體分子，并成功從伽馬射線(xiàn)、宇宙射線(xiàn)等復(fù)雜的背景噪音中，精準(zhǔn)識(shí)別出了原子核與電子同時(shí)產(chǎn)生的“共頂點(diǎn)”圖像，直接觀(guān)測(cè)到了米格達(dá)爾效應(yīng)，從而確鑿證實(shí)了該效應(yīng)的存在。此次基礎(chǔ)物理領(lǐng)域米格達(dá)爾效應(yīng)的重要發(fā)現(xiàn)，填補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方面長(zhǎng)期存在的空白，為下一步的輕暗物質(zhì)粒子直接探測(cè)提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和探測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)。
此項(xiàng)研究由中國(guó)科學(xué)院大學(xué)、廣西大學(xué)、華中師范大學(xué)、蘭州大學(xué)、南京師范大學(xué)、煙臺(tái)大學(xué)共同完成。祝斌及其研究生孫俊偉2023年參加中國(guó)科學(xué)院大學(xué)領(lǐng)銜的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)開(kāi)展聯(lián)合攻關(guān)，負(fù)責(zé)米格達(dá)爾信號(hào)與部分實(shí)驗(yàn)背景的理論計(jì)算和分析。祝斌教授團(tuán)隊(duì)受到了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、山東省杰出青年基金等資助。
相關(guān)論文信息：
https://www.nature.com/articles/s41586-025-09918-8
來(lái)稿時(shí)間：1月19日 審核：劉俞斌 責(zé)任編輯：劉運(yùn)正
