近日，由中国科学院大学教授郑阳恒、刘倩团队主导，通过多校联合首次直接观测到米格达尔效应——1939年前苏联科学家Migdal通过量子力学计算，预言当中性粒子与原子核碰撞时，反冲原子核将部分能量传递给核外电子。这一发现为轻暗物质探测突破阈值瓶颈提供关键支撑。1月15日，这一成果发表于《自然》。

“米格达尔效应”（Migdal effect）由苏联著名物理学家阿尔卡季?米格达尔（Arkady Migdal）于1939年首次提出：一个原子的原子核突然获得能量（例如：α衰变，β衰变，中性粒子碰撞）加速运动时，原子核在反冲过程中的内部电场变化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，形成带共同顶点的两条带电径迹（核反冲径迹和电子径迹）。

进入21世纪，科学家们逐渐意识到，Migdal效应可以是突破轻暗物质探测阈值瓶颈的重要路径之一。自理论预言提出后的80多年间，中性粒子碰撞过程中的Migdal效应是否存在，一直未被发现或证实，这使得依赖该效应的暗物质探测实验，始终面临“理论假设缺乏实证支撑”的质疑。

本研究团队自主研发了“微结构气体探测器+像素读出芯片”组合的超灵敏探测装置，相当于可拍摄“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“照相机”内的气体分子，会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，团队成功地将这种“Migdal事件”从伽马射线、宇宙射线等背景干扰中区分开来。首次直接证实了1939年利用量子力学预言的Migdal效应。

探测器结构与工作原理

实验装置与布局

实验中发现的米格达尔效应事例展示      中国科学院大学供图

刘倩介绍：“未来我们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的观测，为更轻质量的暗物质粒子探测提供数据支持。”

郑阳恒指出：“团队还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，我们的工作让人类在这场‘宇宙寻宝游戏’中，又靠近了目标一步。”

“在这篇工作之前，国际上有好几个团队都在寻找中子-原子核碰撞后的Migdal效应的实验证据，但都没有找到。而这项工作充分利用了国内高品质气体探测器的高精度径迹重建能力和量能的能力，首次观测到了中子-原子核碰撞诱发的Migdal效应，并同理论预言相吻合。这项工作的意义重大，填补了实验验证Migdal效应的长期空白，为轻质量暗物质探测的应用迈出了坚实的第一步。”锦屏PandaX暗物质实验负责人刘江来表示。

“这是一个重要的发现，虽然目前实验精度还需要提高，但是理论和实验的巨大胜利，对轻质量暗物质研究至关重要，期待有更多的结果。”澳大利亚科学院院士、新南威尔士大学教授Victor Flambaum评价道。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09918-8