利用自主研發(fā)的專用氣體探測器和像素讀出芯片，由中國科學院大學主導的聯(lián)合研究團隊，首次在實驗中直接觀測到中子與原子核碰撞過程中的米格達爾效應，不僅證實了87年前的量子力學預言，也為搜尋宇宙中更輕的暗物質(zhì)粒子提供了關(guān)鍵實驗依據(jù)。相關(guān)研究成果15日發(fā)表于《自然》雜志。
暗物質(zhì)是宇宙物質(zhì)總量中占比約85%的神秘物質(zhì)，它不發(fā)光、不發(fā)熱，卻憑借強大的引力影響著星系運動。長期以來，科學家都將探測暗物質(zhì)的重點放在弱相互作用大質(zhì)量粒子這一假設(shè)粒子上。盡管多個暗物質(zhì)探測實驗不斷刷新靈敏度極限，但至今仍未發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)存在的直接證據(jù)。
因此，越來越多的科學家將目光投向更輕的暗物質(zhì)粒子。然而，這些粒子與普通物質(zhì)的相互作用極其微弱，產(chǎn)生的信號遠低于現(xiàn)有探測器的靈敏度下限，傳統(tǒng)探測方法幾乎無能為力。
蘇聯(lián)物理學家阿爾卡季·米格達爾于1939年提出的米格達爾效應，為突破困局帶來了希望。該效應描述了一種量子現(xiàn)象：粒子撞擊原子核時，可能把部分能量傳遞給核外的電子，使得電子可能脫離原子核束縛。這一過程可將原本難以探測的微弱信號轉(zhuǎn)化為可觀測的電信號，為捕捉輕暗物質(zhì)提供了可能。
“米格達爾效應被認為是突破輕暗物質(zhì)探測能量閾值的關(guān)鍵理論路徑。但80多年來，中性粒子碰撞中的米格達爾效應始終未被實驗直接證實，這也使得依賴該效應的暗物質(zhì)探測實驗，始終面臨理論假設(shè)缺乏實驗支撐的質(zhì)疑。”論文通訊作者、中國科學院大學教授鄭陽恒說。
在這項研究中，研究團隊成功捕捉到中子與原子核作用時出現(xiàn)的米格達爾效應事例，統(tǒng)計顯著性超過5倍標準差，達到物理學“發(fā)現(xiàn)”標準；同時精準測量出了米格達爾效應截面與原子核反沖截面的比值。
鄭陽恒表示，這項研究突破了輕暗物質(zhì)探測中長期存在的閾值瓶頸，未來國際暗物質(zhì)探測實驗可利用該效應提升信號識別精度，擴展暗物質(zhì)探測區(qū)間。
來源：科技日報
責任編輯：林紅
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