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1月15日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》正刊發(fā)表一項(xiàng)里程碑式成果：由中國(guó)科學(xué)院大學(xué)牽頭，廣西大學(xué)等多所高校聯(lián)合組成的科研團(tuán)隊(duì)，在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)物理領(lǐng)域首次直接觀(guān)測(cè)到中子轟擊原子核引發(fā)的米格達(dá)爾效應(yīng)。這一突破填補(bǔ)了該效應(yīng)長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證空白，為輕暗物質(zhì)探測(cè)突破閾值瓶頸提供了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)依據(jù)與關(guān)鍵技術(shù)支撐。
暗物質(zhì)占據(jù)宇宙約85%的質(zhì)量，其探測(cè)是現(xiàn)代物理學(xué)和宇宙學(xué)的核心難題。此前全球?qū)W界聚焦大質(zhì)量暗物質(zhì)粒子探測(cè)未獲直接證據(jù)，近年來(lái)，質(zhì)量介于兆電子伏特至千兆電子伏特的輕暗物質(zhì)成為研究熱點(diǎn)。
1939年，蘇聯(lián)理論物理學(xué)家阿爾卡季·米格達(dá)爾提出米格達(dá)爾效應(yīng)，該效應(yīng)描述了原子核受擾動(dòng)反沖時(shí)，核外電子通過(guò)非絕熱效應(yīng)被電離的物理過(guò)程，被視為突破輕暗物質(zhì)探測(cè)閾值的關(guān)鍵機(jī)制，但長(zhǎng)期缺乏直接實(shí)驗(yàn)證實(shí)。
為破解這一難題，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性構(gòu)建中子束流實(shí)驗(yàn)體系，結(jié)合高顆粒度二維像素探測(cè)技術(shù)，歷時(shí)約150小時(shí)實(shí)驗(yàn)，從近百萬(wàn)個(gè)事件中篩選出6個(gè)符合標(biāo)準(zhǔn)的候選事件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)顯著性超過(guò)5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差，達(dá)到粒子物理領(lǐng)域“發(fā)現(xiàn)”的公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)精確測(cè)量出米格達(dá)爾效應(yīng)截面與原子核反沖截面的比值，與理論預(yù)測(cè)在誤差范圍內(nèi)高度一致。
此次突破的關(guān)鍵技術(shù)支撐，來(lái)自廣西大學(xué)牽頭研發(fā)的國(guó)產(chǎn)化氣體像素探測(cè)器。該探測(cè)器源于CXPD合作組十余年寬視場(chǎng)X射線(xiàn)偏振探測(cè)技術(shù)積累，具備超低能閾、高空間分辨率和優(yōu)異的二維成像能力，能精準(zhǔn)區(qū)分極低能電子信號(hào)與復(fù)雜本底，其核心探測(cè)器、讀出電子學(xué)、像素芯片及數(shù)據(jù)處理方法均實(shí)現(xiàn)自主研發(fā)與國(guó)產(chǎn)化，形成完整可控的技術(shù)鏈條。
1月16日，廣西大學(xué)舉辦“米格達(dá)爾效應(yīng)探測(cè)技術(shù)”研討會(huì)，近百名來(lái)自多所科研院校的師生參會(huì)，圍繞探測(cè)器技術(shù)優(yōu)化、輕暗物質(zhì)探測(cè)應(yīng)用等議題展開(kāi)深入研討。
中國(guó)科學(xué)院大學(xué)副校長(zhǎng)鄭陽(yáng)恒表示，此項(xiàng)成果填補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證空白，廣西大學(xué)團(tuán)隊(duì)在核心探測(cè)器研發(fā)方面的自主實(shí)力，為整個(gè)研究的突破提供了重要保障。
廣西大學(xué)校副校長(zhǎng)梁恩維認(rèn)為，這項(xiàng)成果不僅是基礎(chǔ)物理的重大發(fā)現(xiàn)，更為輕暗物質(zhì)粒子直接探測(cè)奠定基礎(chǔ)，彰顯了我國(guó)在高端探測(cè)器核心技術(shù)自主研發(fā)領(lǐng)域的原創(chuàng)能力與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。
據(jù)悉，論文通信作者、廣西大學(xué)物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院院長(zhǎng)劉宏邦教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，實(shí)現(xiàn)了探測(cè)器技術(shù)從空間天文到基礎(chǔ)物理的跨界跨越。中國(guó)科學(xué)院大學(xué)教授劉倩在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析中發(fā)揮重要作用。中國(guó)科學(xué)院大學(xué)和廣西大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生易滌凡擔(dān)任論文第一作者，全程參與實(shí)驗(yàn)實(shí)施與數(shù)據(jù)處理，成為科教融合培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才的生動(dòng)例證。
