近日，由中国科学院大学牵头，联合广西大学等多所高校组成的科研攻关团队，首次直接观测到原子核被中子撞击激发的米格达尔效应，这是基础实验物理领域取得的重要突破。研究成果以“Direct observation of the Migdal effect induced by neutron bombardment”为题于北京时间1月15日在国际学术期刊Nature正刊上发表。第一作者为中国科学院大学与广西大学联合培养的博士研究生易涤凡，广西大学物理科学与工程技术学院教授刘宏邦为共同通讯作者。
1月16日，作为该研究的核心参与单位，广西大学举办“米格达尔（Migdal）效应探测技术”研讨会，系统总结探测器研发经验，并深入探讨该领域的后续研发工作。中国科学院大学副校长郑阳恒，广西大学校党委常委、副校长梁恩维出席会议。
此次研究中，广西大学空间粒子探测技术团队负责核心探测器研发以及提供探测器测试和验证平台，为成果突破提供了关键支撑。这是该团队继2022年基于美国 IXPE 卫星观测数据取得在Nature发表论文后，坚持自主创新、持续深耕关键核心技术取得的又一重大突破。
论文节选。
暗物质提出源于天文观测中的异常引力现象，它不参与电磁相互作用，即不发光，因此被形象地称为暗物质。它占比约85%宇宙质量，却一直保持神秘。此前，全球科学界聚焦于GeV量级的大质量暗物质粒子（WIMP粒子）探测，但始终未获直接证据。近年来，质量介于兆电子伏特（MeV）至千兆电子伏特（GeV）之间的低质量暗物质，因受太阳中微子等本底干扰较小，成为新的研究热点。1939年由理论物理学家阿尔卡季・米格达尔提出的米格达尔效应，被认为是突破低质量暗物质探测阈值的关键机制之一，该效应描述了原子核受扰动反冲时，原子内层电子产生非绝热响应并被激发或电离的物理过程，但长期以来缺乏直接实验证据。
实验中发现的米格达尔效应事例展示。
为破解这一难题，该团队创新性构建了中子束流实验体系，结合高颗粒度二维像素探测技术，成功捕捉到清晰的米格达尔效应信号。实验历时约150小时，最终从近百万个事件中筛选出6个符合标准的候选事件，统计显著性超过5个标准差，达到粒子物理领域“发现”的公认标准。团队还精确测量出米格达尔效应截面与原子核反冲截面的比值为(4.9±1.9/+2.6)×10^-5，与3.9×10^-5的理论预测在误差范围内保持一致，为该效应在暗物质实验中的可靠性提供了坚实数据支撑。
探测器结构与工作原理。
此外，实验采用国产化气体像素探测方案，具备超低能阈、高空间分辨率和优异的二维成像能力，能够精准区分极低能电子信号与复杂本底，是实现本次突破性观测的关键技术基础。其核心探测器、读出电子学、像素芯片及数据处理方法，由广西大学牵头，联合中国科学院大学、华中师范大学、中国科学院高能物理研究所等单位组成的合作团队自主研发，构建了完整、自主可控的技术体系。
实验装置与布局。
研讨会上，郑阳恒指出，此项成果填补了实验验证的长期空白，为轻暗物质探测提供了坚实的实验基础。本次研究中，广西大学空间粒子探测技术团队为成果突破提供了关键支撑，充分彰显了广西大学在高端探测器核心技术领域的自主研发实力。
梁恩维强调，此次研究工作由中国科学院大学牵头，广西大学、华中师范大学、兰州大学、南京师范大学、烟台大学合作协同攻关。这项工作意义重大，成果不仅仅是基础物理的重大发现，而且为下一步的轻暗物质粒子直接探测提供了坚实的理论基础和探测技术基础。
与会专家围绕探测器经验总结、后续研发工作等开展深入讨论，并做学术报告，主题包括Migdal效应观测简介、Migdal实验探测器研制。
米格达尔效应的成功观测加深了科学界对微观物质相互作用机制的认识，为暗物质探测等重大科学问题提供了新的实验支点，同时展现了广西大学在前沿基础科学研究及高端核心技术自主研发领域的综合实力。下一步，广西大学将继续深耕粒子探测、暗物质研究等相关领域，强化原创性技术研发与学科交叉融合，充分发挥高校科技创新主力军作用，为服务国家战略和新时代壮美广西建设作出更大贡献。
来源丨“广西大学”
责编丨刘宇昊
初审丨覃雨轩 姜子奇
二审丨李春霖
审定丨彭林欣
出品丨研究生院
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