中國科學家首次證實87年前量子力學預言

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中國科學家首次證實87年前量子力學預言

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2026-01-15 17:57 |

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　　香港中通社1月15日電　近日，中國科學院大學科研團隊與多所高校聯合，首次直接觀測到量子力學預言的米格達爾（Migdal）效應。不僅證實了87年前的量子力學預言，也為搜尋宇宙中更輕的暗物質粒子提供了關鍵實驗依據。相關研究成果15日發表於《自然》雜誌。

　　暗物質是宇宙物質總量中佔比約85%的神秘物質，它不發光、不發熱，卻憑借強大的引力影響著星系運動。長期以來，科學家都將探測暗物質的重點放在弱相互作用大質量粒子這一假設粒子上。盡管多個暗物質探測實驗不斷刷新靈敏度極限，但至今仍未發現暗物質存在的直接證據。

　　因此，越來越多的科學家將目光投向更輕的暗物質粒子。然而，這些粒子與普通物質的相互作用極其微弱，產生的信號遠低於現有探測器的靈敏度下限，傳統探測方法幾乎無能為力。

　　蘇聯物理學家阿爾卡季·米格達爾於1939年提出的米格達爾效應，為突破困局帶來了希望。該效應描述了一種量子現象：粒子撞擊原子核時，可能把部分能量傳遞給核外的電子，使得電子可能脫離原子核束縛。這一過程可將原本難以探測的微弱信號轉化為可觀測的電信號，為捕捉輕暗物質提供了可能。

　　“米格達爾效應被認為是突破輕暗物質探測能量閾值的關鍵理論路徑。但80多年來，中性粒子碰撞中的米格達爾效應始終未被實驗直接證實，這也使得依賴該效應的暗物質探測實驗，始終面臨理論假設缺乏實驗支撐的質疑。”論文通訊作者、中國科學院大學教授鄭陽恒說。

　　本研究團隊自主研發了“微結構氣體探測器+像素讀出芯片”組合的超靈敏探測裝置，相當於可拍攝“單原子運動中釋放電子過程”的“照相機”。利用緊凑型氘-氘聚變反應加速器中子源，轟擊“照相機”內的氣體分子，會同時產生原子核反衝與米格達爾電子，二者形成“共頂點”的獨特軌跡。通過分析這一特徵，團隊成功地將這種“Migdal事件”從伽馬射線、宇宙射線等背景干擾中區分開來。首次直接證實了1939年利用量子力學預言的Migdal效應。

　　研究團隊未來計劃進一步優化探測器的性能，拓展對不同元素的米格達爾效應的觀測，為更輕質量的暗物質粒子探測提供數據支持。（完）