近日，中国科学院大学（以下简称“国科大”）领衔的科研团队在国外顶级学术期刊 Nature 上发表了一项具有里程碑深嗜的商议后果：他们讹诈自主研发的高精度气体探伤安装，在寰球限制内初度于核散射试验中径直不雅测到 87 年前由苏联物理学家阿尔卡季·米格达尔（Arkady Migdal）提议的“米格达尔效应”（Migdal Effect）。这一冲破为轻质料暗物资的径直探伤提供了枢纽的试验依据。

图 | 团队论文“通过中子轰击诱发的米格达尔效应的径直不雅测”（开端：Nature）

暗物资与暗能量被公以为 21 世纪物理学最枢纽的未解之谜，其探索有望透顶重塑东说念主类对物资寰宇的解析。然则，轻质料暗物资粒子与原子核发生碰撞时所产生的核反冲信号极其幽微，频繁低于现存探伤器的能量阈值，使得科学家持久以来难以捕捉其陈迹。而米格达尔效应，恰是破解这一贫瘠的枢纽机制。

1939 年，阿尔卡季·米格达尔提议：当中性粒子（无论是暗物资粒子依然中子）撞击原子核时，原子核会因碰撞而眨眼间加快并反冲，但外围电子云由于惯性无法即时奴才这一走漏。这种“滞后”导致原子里面电场发生剧烈扰动，从而有一定概率将电子引发致使电离。这些被开释出的电子诚然能量不高，却足以被当代探伤器识别，造成可测量的信号。

换句话说，米格达尔效应相称于一个自然的“信号放大器”，能将原来难以探伤的幽微核反冲鬈曲为明晰的电子信号，从而打开放往轻暗物资探伤的大门。

尽管该效应早在 2005 年就被引入暗物资径直探伤的表面框架，并在 2018 年由日本物理学家 Masahiro Ibe 等东说念主系统性地再行阐释，而后包括好意思国 DarkSide、法国 EDELWEISS 在内的多个国外试验也宣称借助该效应拓展了对亚 GeV 量级暗物资的探伤才智，但一个问题持久悬而未决：米格达尔效应自己从未在中性粒子引发的核散射过程中被径直不雅测到。

昔时，它仅在辐照性衰变（如 α 或 β 衰变）中通过“电子震脱”（electron shakeoff）表象赢得障碍考证。这种败落径直实考字据的情景，使得整个依赖米格达尔效应推导出的暗物资规矩和论断持久濒临质疑——若是该效应并不存在，或其发生概率与表面瞻望存在权贵偏差，亚博app那么昔时十余年寰球暗物资商议的诸多后果或将需要重写，致使被透顶推翻。

正因如斯，国科大团队这次在受控核散射试验中对米格达尔效应的径直不雅测，不仅填补了枢纽的试验空缺，更夯实了现时暗物资探伤表面的基石。

图 | 试验安装偏抓布局（开端：论文）

在攻克这一贫瘠的过程中，国科大科研团队面最后严峻的时刻挑战。米格达尔效应是一种极其生僻的量子过程，其信号极为幽微，极易被环境中广博本底噪声（如伽马射线、天地射线及康普顿散射等）所隐秘。要在海量数据中精确捕捉这一滑瞬即逝的信号，对探伤器的智慧度、空间分辨才智以及布景扼制性能提议了近乎极限的条款。

为此，团队自主研发了一套基于“微结构气体探伤器（GMCP）＋像素读出芯片”组合的超智慧探伤安装。该安装的中枢是一块名为 Topmetal-II 的像素读出芯片，其像素尺寸仅为 83 微米，lol外围投注具有极低的等效噪声电荷（约 13.9 个电子）。这种高精度的读出时刻使得探伤器简略像一台高速、高分辨率的三维相机，明晰地纪录下带电粒子在气体中走漏的齐全径迹。

图 | 探伤器机构偏抓责任旨趣（开端：论文）

{jz:field.toptypename/}

试验中，团队使用紧凑型氘－氘（D-D）中子发生器产生能量为 2.5 MeV 的中子束，轰击探伤器内填充的 40% 氦气与 60% 二甲醚（DME）羼杂气体。

试验蓄意的要点在于识别一种独有的拓扑结构：当中子与气体原子核发生碰撞并触发米格达尔效适时，探伤器应同期纪录到两条从合并荒谬开拔的径迹——一条较短的原子核反冲径迹和一条由米格达尔电子产生的径迹。比较之下，绝大多数布景事件（如单纯的电子反冲或核反冲）频繁只产生单条径迹，或虽有多条径迹但不具备“共荒谬”特征。

图 | 试验不雅测到的米格达尔效应（开端：论文）

在两个阶段合计约 150 小时的启动中，团队聚积了进步 81.7 万个触发事例。为从中甄别出真确的米格达尔事件，他们建树了一套严谨的数据分析历程：领先讹诈深度学习算法对径迹图像进行初步分类，剔除显明布景；随后依据严格的拓扑学判据，筛选出具有“共荒谬”结构的双径迹事件；最后，通过分析径迹的能量千里积密度和几何格式（如圆度等），进一步永别电子径迹与核反冲径迹。

经过层层筛选，团队最终锁定了 6 个高度确切的候选事例。这些事例明晰呈现出原子核反冲与米格达尔电子从同少许发出的特征，其走漏学参数与表面瞻望高度吻合。统计分析暴露，该不雅测放胆的权贵性进步 5 倍标准差（5σ）——在粒子物理学中，这被视为证实新表象发现的黄金标准，意味着信号由布景涨落有时产生的概率低于三百五十万分之一。米格达尔效应的存在，由此得到确切证实。

更为要紧的是，团队不仅完了了对该效应的定性不雅测，还初度对其发生概率进行了定量测量。在核反冲能量大于 35 keVee、对应米格达尔电子能量介于 5 至 10 keV 的区间内，试验测得的米格达尔效应截面与原子核弹性散射截面之比为 (4.9+2.6/-1.9)×10⁻⁵。这一放胆与现时发轫进表面模子的瞻望在障碍限制内高度一致。

该一致性不仅考证了米格达尔原始表面的正确性，也标明现存表面在措置多电子原子体系在非绝热扰动下的反映行为时具备实足的可靠性。这一后果为改日暗物资径直探伤试验，尤其是依赖米格达尔效应搜寻轻质料暗物资的商议，提供了坚实的物理基础和枢纽的校准依据。

锦屏 CDEX 暗物资试验认真东说念主岳骞解释对此评价称，该后果不仅填补了试验考证米格达尔效应的持久空缺，空闲了关系表面基础，更充分体现了国内高品性气体探伤时刻的才智，为轻质料暗物资探伤的应用迈出了坚实的第一步。

国科大物理科学学院解释、商议团队成员郑阳恒暗示，改日，他们责任要点将是把这一试验考证的后果与具体的暗物资探伤试验相都集。现在，团队正权略与国表里的暗物资探伤团队伸开协作，将米格达尔效应的精确测量参数融入下一代探伤器的研发与数据分析中。这将有助于更准确地评估探伤器的智慧度，并可能通过优化探伤介质和读出计策，进一步晋升对特定质料区间暗物资粒子的拿获才智。

参考辛劳：

论文地址：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09918-8

运营/排版：何晨龙