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我科研团队攻克87年前量子难题

来源:光明网-《光明日报》2026-01-16 03:45

  【瞧!我们的前沿科技】

我科研团队攻克87年前量子难题

广西造高端探测器助力轻暗物质搜寻

  光明日报北京1月15日电(记者周仕兴、崔兴毅)15日,国际学术期刊《自然》发表中国科研团队重大成果——由中国科学院大学主导、广西大学等多单位联合攻关的团队,首次直接观测到中子碰撞中的米格达尔效应,为人类搜寻轻暗物质粒子打开关键突破口,标志着我国在基础物理与探测器技术领域跻身国际前沿。

  这一突破性发现的核心功臣,是由广西大学牵头,联合华中师范大学等单位自主研发的气体像素探测器。这款被科研人员称为“原子级相机”的精密设备,凭借极高的空间分辨率和极低噪声水平,成功捕捉到原子核反冲与电子脱离原子束缚形成的“共顶点”双轨迹,精准“抓拍”到87年前理论预言的量子现象。论文第一作者、中国科学院大学与广西大学联合培养的博士生易涤凡介绍,探测器能从伽马射线、宇宙射线等背景干扰中精准识别目标信号,这是实验成功的关键。

  暗物质被称为宇宙的“隐形骨架”,占宇宙物质总量的85%,却因不发光、不参与电磁相互作用而难以直接观测。科学家发现,星系中恒星运动速度违背牛顿力学规律,正是暗物质的引力维系着星系稳定。长期以来,国际学界聚焦于大质量暗物质粒子探测,但始终无果。论文通信作者、广西大学物理学院教授刘宏邦介绍,近年来,轻暗物质(质量介于兆电子伏特至千兆电子伏特区间)成为新的研究热点,却因碰撞信号微弱,低于传统探测器阈值而难以捕捉。

  1939年,苏联物理学家阿尔卡季·米格达尔提出的米格达尔效应,为破解这一困境提供了理论路径:粒子撞击原子核时,部分能量会传递给核外电子,将“不可探测”的低能核反冲信号转化为“可观测”的电子信号。但近90年来,中性粒子碰撞场景下的该效应始终缺乏直接实验证据,让相关暗物质探测研究饱受质疑。

  此次突破并非偶然。广西大学空间探测技术团队自2013年起深耕X射线偏振探测技术,几年后牵头成立宇宙X射线偏振探测(CXPD)合作组,历经10年攻关实现探测器全链条国产化,并通过2023年CXPD01立方星完成空间飞行验证。团队意外发现,这套为观测伽马暴等天体现象设计的探测器,其高灵敏二维成像能力与米格达尔效应探测需求高度契合。

  “这项成果填补了实验验证的长期空白,为轻暗物质探测提供了坚实的实验基础。”中国锦屏暗物质实验室负责人岳骞评价。项目骨干、中国科学院大学教授郑阳恒表示,团队将把实验结果融入下一代探测器研发,让人类在这场“宇宙寻宝”中更靠近目标。

  这一成果巩固了米格达尔效应的理论基础,彰显了我国在高端探测器领域的自主研发实力,为全球暗物质探测提供了全新技术路径。

  《光明日报》(2026年01月16日 08版)

[ 责编:李伯玺 ]
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