我国科学家终于抓住了米格达尔效应的尾巴,给暗物质探测打开了一扇新大门。北京时间15日,顶尖学术期刊《自然》发布了一项重磅研究,由中国科学院大学领头,拉上了广西大学、华中师范大学、兰州大学、南京师范大学还有烟台大学的研究人员,一起干出了一件大事:首次在实验中把传说中的“米格达尔效应”给实实在在地看见了。这个发现不仅验证了那个已经存在了八十多年的理论猜想,更是给寻找暗物质,特别是那种质量特别轻的暗物质粒子,点上了一盏至关重要的导航灯。这种不发光也不吸收光,只能通过引力让我们察觉的神秘物质占据了宇宙总质量的四分之一左右。探测它们一直是物理学的一大难题。尤其是对于那些轻飘飘的小粒子来说,它们撞到探测器里的原子核时传递的能量特别小,信号弱得几乎淹没在周围的背景噪音里。怎么把这种微弱信号从噪音中挑出来?这是全世界都在头疼的事。米格达尔效应被认为是个突破瓶颈的好办法。 1939年苏联物理学家阿尔卡季·米格达尔根据量子力学提出来的。他说要是原子核被撞得一下子获得能量往后飞的时候,它内部的电场变化很快可能会把一部分能量传给周围的电子,让这些电子获得足够能量跑出去。这就会留下一个很特殊的痕迹——原子核和电子跑的方向有个共同的起点,也就是所谓的“共顶点”现象。要是能把这种事情记录下来,就成了一种全新的、更灵敏的探测轻暗物质的方法。可惜这八十多年来一直没被实验证实过。 咱们国家的研究团队决定迎难而上搞自主创新。负责的中国科学院大学教授刘倩说关键是要做一只“眼睛”,能看见单原子尺度上发生的事情。他们自己造了一个“微结构气体探测器”和“像素读出芯片”连在一起的家伙。这个装置特别灵敏,就像一台照相机能把原子核反冲并释放电子的瞬间拍下来。为了制造出那种反冲效果,他们用了一个中子源轰击探测器里的气体靶物质。当中子撞上原子核就可能产生反冲并放出电子。 通过分析大量数据,团队终于从各种伽马射线、宇宙射线的噪音里挑出了那些符合“共顶点”特征的事例。这些事例的表现跟理论预言完全对上了数,这就彻底证明了这个效应真的存在。这个成果有多重意义:首先它解决了“有没有这回事”的基本问题;其次展示了咱们国家在这方面的技术水平;最重要的是给轻暗物质探测找了个新办法。 清华大学教授岳骞也夸这个工作填补了空白、巩固了理论基础;项目骨干郑阳恒说这就像拿到了探测轻暗物质的“钥匙”。接下来他们打算把这套数据和技术用在下一代探测器的设计上。这项工作背后还有不少人出力呢。工作得到了国家自然科学基金委创新研究群体项目、国家重点研发计划、广西壮族自治区人才计划的支持。广西大学负责造探测器和测试平台,其他学校也都在理论分析、数据处理上帮忙。 从1939年的理论猜想变成今天的实验画面,这是人类理解微观物质的一大胜利。它不仅补上了教科书上的实证空白,更是朝着解开暗物质之谜迈进的一大步。就像研究人员说的那样:探寻暗物质就像宇宙寻宝一样,这次突破让我们手里多了一把利器和信心。这再次说明只有坚持搞基础研究才能发现照亮未知领域的科学之光。