我国科学家证明80多年前量子力学理论预言 助力暗物质勘探研讨

  中新网北京1月15日电 (记者 孙自法)作为21世纪物理天空中的“两朵乌云”之一，暗物质的勘探研讨一向是科学家们孜孜以求的方针。

  我国科学家最近根据立异研制的超活络勘探设备，在世界上初次直接观测到“米格达尔效应”案例，也初次证明了苏联物理学家阿尔卡季·米格达尔(Arkady Migdal)80多年前提出的量子力学理论预言，有望为暗物质勘探研讨翻开一扇重要窗口。

  1月15日，在北京举办的米格达尔效应学术研讨会上，本项研讨自主研制的超活络勘探设备在会场展现。中新网记者 孙自法 摄

  这项基础研讨范畴重大打破效果，由我国科学院大学(国科大)郑阳恒、刘倩团队领衔联合广西大学、华中师范大学等多所高校科研团队一起完成，相关论文北京时间1月15日在世界闻名学术期刊《天然》上线宣布。研讨团队当天在北京举办米格达尔效应学术研讨会，环绕最新宣布效果的含义、使用和未来研讨规划打开研讨沟通。

  研讨团队介绍说，世界观测中发现的许多奇特现象都标明，世界中躲藏了很多看不见的暗物质，几乎是世界物质总量的85%。除了引力外，虽然暗物质粒子直接勘探器活络度逐渐的提高，但迄今仍未能发现暗物质存在的直接根据。

  所以，学界也将部分目光转向质量更轻的暗物质，即质量介于兆电子伏特(MeV)到千兆电子伏特(GeV)之间的暗物质粒子的勘探作业，其质量区域的试验勘探还未遭到太阳中微子等本底的严峻搅扰，仍有明显的探究空间。

  但是，轻暗物质与一般物质的相互作用极端弱小，所发生的信号用惯例勘探手法难以捕捉。科学家们将破解这一窘境的期望寄托在“米格达尔效应”上。这一量子力学效应由米格达尔于1939年提出，预言当粒子与原子核发生磕碰时，原子核在反冲进程中会将部分能量转移给原子核外电子，使电子有概率取得满足能量脱离原子捆绑。这一进程可将本来“不行勘探的低能量信号”转化为“可捕捉的电子信号”。

  “米格达尔效应”可所以打破轻暗物质勘探阈值瓶颈的重要途径之一。不过，自理论预言提出后的80多年间，中性粒子磕碰进程中的“米格达尔效应”是不是真的存在，一向未被发现或证明，这使得依靠该效应的暗物质勘探试验，一直面对“理论假定缺少实证支撑”的质疑。

  在本项研讨中，我国科学家团队自主研制出“微结构气体勘探器+像素读出芯片”组合的超活络勘探设备，相当于可拍照“单原子运动中开释电子进程”的“照相机”。使用紧凑型氘-氘聚变反应加速器中子源，炮击“照相机”内的气体分子，会一起发生原子核反冲与米格达尔电子，二者构成“共极点”的一起轨道。

  通过剖析这一特征，研讨团队成功将“米格达尔事情”从伽马射线、世界射线等布景搅扰中区分开来，使用量子力学预言的“米格达尔效应”由此获初次直接证明。

  本项研讨的勘探器结构与作业原理(左上)、试验设备与布局(左下)、试验中发现的“米格达尔效应”案例展现。国科大 供图

  通过约150小时的数据收集，研讨团队从81.7万个候选事情中，精准筛选出6个契合“米格达尔效应”特征的“米格达尔案例”。

  数据剖析证明，这6个“米格达尔案例”的统计明显性超越5个规范差，这是粒子物理范畴断定试验发现的黄金规范，意味着观测成果由偶尔要素导致的概率低于千万分之一，完全打消了学界对中性粒子磕碰中“米格达尔效应”存在的质疑。

  研讨团队以为，这6个“米格达尔案例”信号的发现与承认，不只证明了“米格达尔效应”的存在，更像一把“校准标尺”，为未来轻暗物质勘探试验供给了要害根据。

  1月15日，在北京举办的米格达尔效应学术研讨会上，国科大郑阳恒教授(左)、刘倩教授合影。中新网记者 孙自法 摄

  论文一起榜首作者和一起通讯作者刘倩教授泄漏，未来，研讨团队方案逐渐优化勘探器的功能，拓宽对不同元素的“米格达尔效应”的观测，为更轻质量的暗物质粒子勘探供给数据支撑。

  此前，依靠“米格达尔效应”的暗物质试验，只能根据理论模型预算信号强度，而此次宣布的实测数据，可直接用于优化勘探器规划、提高信号辨认精度。因而，世界干流暗物质勘探项目未来可结合我国科学家的研讨成果调整剖析战略，勘探活络度或能再进一步提高。

  论文一起通讯作者郑阳恒教授指出，研讨团队还将与暗物质勘探试验团队协作，将此次试验成果融入下一代勘探器的研制中。“暗物质是了解世界来源与演化的要害，咱们的作业让人类在这场‘世界寻宝游戏’中，又靠近了方针一步”。

  国科大表明，本项研讨团队核心成员有多位该校培育的博士研讨生，有的同学在本科阶段就参加团队，在教师指导下深度参加本项前沿科研作业，这反映出国科大优秀立异人才教育训练形式在助力青年学子生长成才方面的特征。(完)