中國科學家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（Migdal）效應，不僅證實了87年前量子力學預言，也為搜尋宇宙中更輕的暗物質粒子提供了關鍵實驗依據。相關研究成果周四（1月15日）發表於《自然》（Nature）雜誌。

據《科技日報》報道，暗物質是宇宙物質總量中佔比約85%的神秘物質，它不發光、不發熱，卻憑借強大的引力影響着星系運動。長期以來，科學家都將探測暗物質的重點放在弱相互作用大質量粒子這一假設粒子上。儘管多個暗物質探測實驗不斷刷新靈敏度極限，但至今仍未發現暗物質存在的直接證據。

因此，越來越多的科學家將目光投向更輕的暗物質粒子。然而，這些粒子與普通物質的相互作用極其微弱，產生的信號遠低於現有探測器的靈敏度下限，傳統探測方法幾乎無能為力。

米格達爾效應是1939年由蘇聯科學家Migdal通過量子力學計算，預言粒子撞擊原子核時，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化為可觀測的電信號，為捕捉輕暗物質提供了可能。

然而，進入21世紀，科學家們逐漸意識到，米格達爾效應可以是突破輕暗物質探測閾值瓶頸的重要路徑之一。自理論預言提出後的80多年間，中性粒子碰撞過程中的米格達爾效應是否存在，一直未被發現或證實，這使得依賴該效應的暗物質探測實驗，始終面臨「理論假設缺乏實證支撐」的質疑。

在今次這項研究中，中國科學院大學主導的聯合研究團隊利用自主研發的專用氣體探測器和像素讀出晶片，成功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，統計顯著性超過5倍標準差，達到物理學「發現」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。

中國科學院大學教授鄭陽恒說，這項研究突破了輕暗物質探測中長期存在的閾值瓶頸，未來國際暗物質探測實驗可利用該效應提升信號識別精度，擴展暗物質探測區間。