中科院证实87年前量子力学预言 为暗物质探测创新路径
(图片来自网络)
来源:环球网【环球网科技综合报道】1月20日消息,中国科学院大学团队等利用自主研发的专用气体探测器和像素读出芯片,首次在实验中直接观测到中子与原子核碰撞过程中的米格达尔效应,为轻暗物质探测突破阈值瓶颈提供了关键实验证据。
资料显示,暗物质是宇宙物质总量中占比约85%的神秘物质,目前仅通过引力与其他物质发生互动,尚未找到直接探测方法。科学家为观测与普通物质作用极微弱的轻暗物质粒子,将研究目光转向米格达尔效应这一量子现象。
米格达尔效应的突破意义:苏联物理学家阿尔卡季・米格达尔于1939年首次提出该效应,描述粒子与原子核碰撞时,可能将部分能量转移给原子核外电子,使电子有概率获得足够能量脱离原子束缚,从而将原本不可探测的低能量信号转化为可捕捉的电子信号,为捕捉轻暗物质提供了可能。该效应被认为是突破轻暗物质探测能量阈值的关键理论路径。但80多年来,中性粒子碰撞中的米格达尔效应始终未被实验直接证实,此次观测填补了该领域的历史空白。
研究团队自主研发了微结构气体探测器与像素读出芯片组合的超灵敏探测装置,相当于一台能够捕捉“单原子运动中释放电子过程”的“照相机”。
利用紧凑型氘-氘聚变反应加速器中子源,轰击探测装置内的气体分子,同时产生原子核反冲与米格达尔电子,二者形成“共顶点”的独特轨迹。通过分析这一特征,团队成功将米格达尔事例从伽马射线、宇宙射线等背景干扰中区分开来,统计显著性超过5倍标准差(达到物理学“发现”标准),并精准测量出米格达尔效应截面与原子核反冲截面的比值。
据悉,团队计划进一步优化探测器的性能,拓展对不同元素的米格达尔效应观测,为更轻质量的暗物质粒子探测提供数据支持。同时,团队也将与暗物质探测实验团队合作,将此次实验结果融入下一代探测器的研发中。暗物质是理解宇宙起源与演化的关键,这一工作让人类在这场“宇宙寻宝游戏”中又靠近了目标一步。
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