
在浩瀚的宇宙中,人类所看到的恒星、行星只占宇宙物质的15%,剩下85%都是不发光、不发热的暗物质。
它们就像隐形的“宇宙骨架”,用引力牵引着星系运转,却始终不肯露出真面目。
中国科学院大学主导的联合研究团队,首次在实验中直接观测到中子与原子核碰撞过程中的米格达尔效应。
这不仅为搜寻宇宙中暗物质粒子提供了关键实验依据,更成功验证了87年前的量子力学预言。
相关研究成果,1月15日发表于国际期刊《自然》杂志。
宇宙中“看不见的主角”
为了寻找暗物质,科学家先是把目光锁定在“重暗物质粒子”上。
他们造了各种超灵敏探测器,埋在地下、架在太空,一次次刷新着探测极限。
然而几十年过去了,却连暗物质的“影子”都没摸到。
既然找不到重暗物质粒子,科学家转了个思路:暗物质会不会都是“小个子”呢?
越来越多的研究也显示,暗物质可能是更轻的粒子。
但新的难题又来了——这些“小个子”和普通物质的相互作用极其微弱,碰撞产生的信号比蚊子扇动翅膀的力气还小,远远低于现有探测器的“感知下限”。
这就像用普通温度计,根本测不出蚂蚁的体温。
传统探测方法面对轻暗物质,也无能为力。
人类对暗物质的搜寻,一度陷入僵局。
几乎被“遗忘”的量子预言
一个87年前的量子力学预言,成为我国科研团队破解困局的希望。
1939年,苏联物理学家阿尔卡季·米格达尔提出了一个大胆的量子力学预言:当粒子撞击原子核时,原子核会把部分能量传递给核外的电子,让电子脱离原子核的束缚。
这就是后来被命名的“米格达尔效应”。
这一效应的过程就像一场“能量接力赛”,能把原本微弱到探测不到的信号,转化成可观测的电信号。
不过,由于米格达尔效应产生的信号极其微弱,还容易被宇宙射线等背景噪音掩盖,对探测精度的要求达到了极致。
87年以来,这个充满希望的预言始终没能被直接证实。
此次立功的,是一款超灵敏探测装置——由中国科研团队研发出的“微结构气体探测器+像素读出芯片”组合。
它像是一台能拍摄原子级运动的“原子照相机”,既能捕捉到极其细微的轨迹,又能在伽马射线、宇宙射线等干扰中精准锁定目标信号。
这就像给科学家配备了“信号放大器”,能让隐形的轻暗物质“现出原形”。
人类离暗物质再近一步
在这台精密仪器的帮助下,研究团队成功捕捉到了中子与原子核作用时出现的米格达尔效应事例。
更关键的是,这次观测的统计显著性超过了5倍标准差,达到了物理学上公认的“发现”标准。
在此之前,依赖米格达尔效应的暗物质实验,只能靠理论模型估算信号强度。
“该研究突破了轻暗物质探测中存在的阈值瓶颈。”成果论文通讯作者、中国科学院大学教授郑阳恒认为,有了这个实验证据,未来国际暗物质探测实验就能利用米格达尔效应,提升信号识别精度,扩展暗物质的探测区间。
从1939年的理论预言,到2026年的实验证实,这场跨越87年的科学探索,终于迎来了圆满的答案。
未来,随着探测技术的不断升级,借助米格达尔效应,人类终将揭开暗物质的神秘面纱,读懂宇宙更深层的奥秘。