探测器结构与工作原理

实验装置与布局

实验中发现的米格达尔效应事例展示

近日，由中国科学院大学主导的联合科研团队首次直接观测到米格达尔（Migdal）效应，相关成果于1月15日发表在《自然》正刊。该研究不仅展现出我国高品质气体探测技术的卓越水平，更为轻质量暗物质探测突破阈值瓶颈提供关键支撑。

暗物质与暗能量被视作本世纪物理领域的重大谜题，其探索将推动人类对物质世界的革命性认知。但轻质量暗物质与普通物质的相互作用极弱，常规探测手段难以捕捉其信号。科学家们将破解这一困境的希望寄托在“米格达尔效应”上。

该理论由苏联著名物理学家阿尔卡季・米格达尔于1939年首次提出：当原子核受到撞击后，会在反冲过程中会将部分能量转移给原子核外电子，使电子有概率获得足够能量脱离原子束缚，形成带共同顶点的两条带电径迹。这一过程可将原本“不可探测的低能量信号”转化为“可捕捉的电子信号”。

然而，自理论预言提出后的80多年间，中性粒子碰撞过程中的米格达尔效应是否存在，一直未被发现或证实，这使得依赖该效应的暗物质探测实验，始终面临“理论假设缺乏实证支撑”的质疑。

在该项目中，科研团队自主研发了“微结构气体探测器+像素读出芯片”组合的超灵敏探测装置，相当于可拍摄“单原子运动中释放电子过程”的“照相机”。利用紧凑型氘－氘聚变反应加速器中子源，轰击“照相机”内的气体分子，会同时产生原子核反冲与米格达尔电子，二者形成“共顶点”的独特轨迹。通过分析这一特征，庄闲和app团队成功地将这种“米格达尔事件”从伽马射线、宇宙射线等背景干扰中区分开来，首次直接证实了1939年利用量子力学预言的米格达尔效应。

研究团队通过数据采集，从81.7万个候选事件中，精准筛选出6个“米格达尔事例”，统计显著性超5个标准差，符合粒子物理领域“发现”的黄金标准，彻底打消了学界对中性粒子碰撞中米格达尔效应存在的质疑。

此次实测数据可直接用于优化探测器设计、提升信号识别精度，为米格达尔效应的深入研究与广泛应用打开了全新窗口。中国科学院大学教授刘倩介绍，未来团队计划进一步优化探测器的性能，拓展对不同元素的米格达尔效应的观测，为更轻质量的暗物质粒子探测提供数据支持。

据悉，此次研究工作由中国科学院大学牵头，广西大学、华中师范大学、兰州大学、南京师范大学及烟台大学共同协作完成，展现了我国在前沿基础科学研究与高端探测器研发方面的协同创新能力，是多方聚力的典范。

中国科学院大学教授郑阳恒表示，团队后续还将与暗物质探测实验团队合作，把此次成果融入下一代探测器的研发中。“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。”（光明日报全媒体记者崔兴毅 通讯员杨佳璇）