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15日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)重大成果——由中國(guó)科學(xué)院大學(xué)主導(dǎo)、廣西大學(xué)等多單位聯(lián)合攻關(guān)的團(tuán)隊(duì)，首次直接觀(guān)測(cè)到中子碰撞中的米格達(dá)爾效應(yīng)，為人類(lèi)搜尋輕暗物質(zhì)粒子打開(kāi)關(guān)鍵突破口，標(biāo)志著我國(guó)在基礎(chǔ)物理與探測(cè)器技術(shù)領(lǐng)域躋身國(guó)際前沿。
這一突破性發(fā)現(xiàn)的核心功臣，是由廣西大學(xué)牽頭，聯(lián)合華中師范大學(xué)等單位自主研發(fā)的氣體像素探測(cè)器。這款被科研人員稱(chēng)為“原子級(jí)相機(jī)”的精密設(shè)備，憑借極高的空間分辨率和極低噪聲水平，成功捕捉到原子核反沖與電子脫離原子束縛形成的“共頂點(diǎn)”雙軌跡，精準(zhǔn)“抓拍”到87年前理論預(yù)言的量子現(xiàn)象。論文第一作者、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)與廣西大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)的博士生易滌凡介紹，探測(cè)器能從伽馬射線(xiàn)、宇宙射線(xiàn)等背景干擾中精準(zhǔn)識(shí)別目標(biāo)信號(hào)，這是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵。
暗物質(zhì)被稱(chēng)為宇宙的“隱形骨架”，占宇宙物質(zhì)總量的85%，卻因不發(fā)光、不參與電磁相互作用而難以直接觀(guān)測(cè)?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，星系中恒星運(yùn)動(dòng)速度違背牛頓力學(xué)規(guī)律，正是暗物質(zhì)的引力維系著星系穩(wěn)定。長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)際學(xué)界聚焦于大質(zhì)量暗物質(zhì)粒子探測(cè)，但始終無(wú)果。論文通信作者、廣西大學(xué)物理學(xué)院教授劉宏邦介紹，近年來(lái)，輕暗物質(zhì)（質(zhì)量介于兆電子伏特至千兆電子伏特區(qū)間）成為新的研究熱點(diǎn)，卻因碰撞信號(hào)微弱，低于傳統(tǒng)探測(cè)器閾值而難以捕捉。
1939年，蘇聯(lián)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)，為破解這一困境提供了理論路徑：粒子撞擊原子核時(shí)，部分能量會(huì)傳遞給核外電子，將“不可探測(cè)”的低能核反沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為“可觀(guān)測(cè)”的電子信號(hào)。但近90年來(lái)，中性粒子碰撞場(chǎng)景下的該效應(yīng)始終缺乏直接實(shí)驗(yàn)證據(jù)，讓相關(guān)暗物質(zhì)探測(cè)研究飽受質(zhì)疑。
此次突破并非偶然。廣西大學(xué)空間探測(cè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)自2013年起深耕X射線(xiàn)偏振探測(cè)技術(shù)，幾年后牽頭成立宇宙X射線(xiàn)偏振探測(cè)（CXPD）合作組，歷經(jīng)10年攻關(guān)實(shí)現(xiàn)探測(cè)器全鏈條國(guó)產(chǎn)化，并通過(guò)2023年CXPD01立方星完成空間飛行驗(yàn)證。團(tuán)隊(duì)意外發(fā)現(xiàn)，這套為觀(guān)測(cè)伽馬暴等天體現(xiàn)象設(shè)計(jì)的探測(cè)器，其高靈敏二維成像能力與米格達(dá)爾效應(yīng)探測(cè)需求高度契合。
“這項(xiàng)成果填補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的長(zhǎng)期空白，為輕暗物質(zhì)探測(cè)提供了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)?！敝袊?guó)錦屏暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人岳騫評(píng)價(jià)。項(xiàng)目骨干、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)教授鄭陽(yáng)恒表示，團(tuán)隊(duì)將把實(shí)驗(yàn)結(jié)果融入下一代探測(cè)器研發(fā)，讓人類(lèi)在這場(chǎng)“宇宙尋寶”中更靠近目標(biāo)。
這一成果鞏固了米格達(dá)爾效應(yīng)的理論基礎(chǔ)，彰顯了我國(guó)在高端探測(cè)器領(lǐng)域的自主研發(fā)實(shí)力，為全球暗物質(zhì)探測(cè)提供了全新技術(shù)路徑。
