我国科研团队首次直接证实量子力学预言的米格达尔效应

记者从中国科学院大学获悉，近日，该校科研团队与多所高校联合，首次直接观测到量子力学预言的米格达尔(Migdal)效应。这一发现为轻暗物质探测突破阈值瓶颈提供了关键支撑。相关成果1月15日在国际学术期刊《自然》发表。

米格达尔(Migdal)效应是1939年苏联科学家Migdal通过量子力学计算，预言当中性粒子与原子核碰撞时，反冲原子核将部分能量传递给核外电子。一个原子的原子核突然获得能量(例如：α衰变，β衰变，中性粒子碰撞)加速运动时，原子核在反冲过程中的内部电场变化将部分能量转移给原子核外电子，使电子有概率获得足够能量脱离原子束缚，形成带共同顶点的两条带电径迹(核反冲径迹和电子径迹)。

进入21世纪，科学家们逐渐意识到，Migdal效应可以是突破轻暗物质探测阈值瓶颈的重要路径之一。自理论预言提出后的80多年间，中性粒子碰撞过程中的Migdal效应是否存在，一直未被发现或证实，这使得依赖该效应的暗物质探测实验，始终面临“理论假设缺乏实证支撑”的质疑。

本研究团队自主研发了“微结构气体探测器+像素读出芯片”组合的超灵敏探测装置，相当于可拍摄“单原子运动中释放电子过程”的“照相机”。利用紧凑型氘-氘聚变反应加速器中子源，轰击“照相机”内的气体分子，会同时产生原子核反冲与米格达尔电子，二者形成“共顶点”的独特轨迹。通过分析这一特征，团队成功地将这种“Migdal事件”从伽马射线、宇宙射线等背景干扰中区分开来。首次直接证实了1939年利用量子力学预言的Migdal效应。

研究团队未来计划进一步优化探测器的性能，拓展对不同元素的米格达尔效应的观测，为更轻质量的暗物质粒子探测提供数据支持。