文章核心观点 - 中国科学院大学团队通过自主研发的超灵敏探测装置，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，为轻暗物质探测突破阈值瓶颈提供了关键实验证据 [1][3][5] 科学背景与挑战 - 暗物质是宇宙物质总量中占比约85%的神秘物质，除了引力外尚无其他探测方法 [3] - 轻暗物质粒子与普通物质的相互作用极其微弱，产生的信号低于现有探测器的灵敏度下限，传统探测方法几乎无能为力 [3] - 米格达尔效应由苏联物理学家于1939年首次提出，描述粒子与原子核碰撞时可能将能量转移给核外电子，使其脱离原子束缚，从而将低能量信号转化为可捕捉的电子信号 [3] - 该效应被认为是突破轻暗物质探测能量阈值的关键理论路径，但80多年来中性粒子碰撞中的该效应始终未被实验直接证实，导致相关探测实验面临理论假设缺乏实验支撑的质疑 [3] 实验方法与技术突破 - 研究团队自主研发了微结构气体探测器与像素读出芯片组合的超灵敏探测装置，相当于一台可拍摄“单原子运动中释放电子过程”的“照相机” [3] - 利用紧凑型氘-氘聚变反应加速器中子源，轰击装置内的气体分子，同时产生原子核反冲与米格达尔电子，二者形成独特的“共顶点”轨迹 [3] - 通过分析“共顶点”特征，团队成功将米格达尔事例从伽马射线、宇宙射线等背景干扰中区分开来 [4] - 实验结果的统计显著性超过5倍标准差，达到物理学“发现”标准，并精准测量出米格达尔效应截面与原子核反冲截面的比值 [4] 未来计划与意义 - 团队计划进一步优化探测器性能，并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 [5] - 团队还将与暗物质探测实验团队合作，将此次实验结果融入下一代探测器的研发中 [5] - 暗物质是理解宇宙起源与演化的关键，此项工作让人类在暗物质探测这场“宇宙寻宝游戏”中又靠近了目标一步 [5]