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【光明日報】我國科研團隊攻克87年前量子難題

2026年01月16日 光明日報 周仕興 崔興毅
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1月15日,國際學術期刊《自然》發表中國科研團隊重大成果——由中國科學院大學主導、廣西大學等多單位聯合攻關的團隊,首次直接觀測到中子碰撞中的米格達爾效應,為人類搜尋輕暗物質粒子打開關鍵突破口,標志著我國在基礎物理與探測器技術領域躋身國際前沿。

這一突破性發現的核心功臣,是由廣西大學牽頭,聯合華中師范大學等單位自主研發的氣體像素探測器。這款被科研人員稱為“原子級相機”的精密設備,憑借極高的空間分辨率和極低噪聲水平,成功捕捉到原子核反沖與電子脫離原子束縛形成的“共頂點”雙軌跡,精準“抓拍”到87年前理論預言的量子現象。論文第一作者、中國科學院大學與廣西大學聯合培養的博士生易滌凡介紹,探測器能從伽馬射線、宇宙射線等背景干擾中精準識別目標信號,這是實驗成功的關鍵。

暗物質被稱為宇宙的“隱形骨架”,占宇宙物質總量的85%,卻因不發光、不參與電磁相互作用而難以直接觀測。科學家發現,星系中恒星運動速度違背牛頓力學規律,正是暗物質的引力維系著星系穩定。長期以來,國際學界聚焦于大質量暗物質粒子探測,但始終無果。論文通信作者、廣西大學物理學院教授劉宏邦介紹,近年來,輕暗物質(質量介于兆電子伏特至千兆電子伏特區間)成為新的研究熱點,卻因碰撞信號微弱,低于傳統探測器閾值而難以捕捉。

1939年,蘇聯物理學家阿爾卡季·米格達爾提出的米格達爾效應,為破解這一困境提供了理論路徑:粒子撞擊原子核時,部分能量會傳遞給核外電子,將“不可探測”的低能核反沖信號轉化為“可觀測”的電子信號。但近90年來,中性粒子碰撞場景下的該效應始終缺乏直接實驗證據,讓相關暗物質探測研究飽受質疑。

此次突破并非偶然。廣西大學空間探測技術團隊自2013年起深耕X射線偏振探測技術,幾年后牽頭成立宇宙X射線偏振探測(CXPD)合作組,歷經10年攻關實現探測器全鏈條國產化,并通過2023年CXPD01立方星完成空間飛行驗證。團隊意外發現,這套為觀測伽馬暴等天體現象設計的探測器,其高靈敏二維成像能力與米格達爾效應探測需求高度契合。

“這項成果填補了實驗驗證的長期空白,為輕暗物質探測提供了堅實的實驗基礎。”中國錦屏暗物質實驗室負責人岳騫評價。項目骨干、中國科學院大學教授鄭陽恒表示,團隊將把實驗結果融入下一代探測器研發,讓人類在這場“宇宙尋寶”中更靠近目標。

這一成果鞏固了米格達爾效應的理論基礎,彰顯了我國在高端探測器領域的自主研發實力,為全球暗物質探測提供了全新技術路徑。

(原載于《光明日報》?2026-01-16?08版)

打印 責任編輯:范思璐

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