长期以来，暗物质的存已在星系旋转曲线、引力透镜等天文观测中得到多上证据支持，但其粒子属性仍未被直接揭示。尤其是相对更轻的暗物质候选粒子，由于与物质相互作用能量沉积极低，传统探测装置往往受限于能量阈值，难以背景噪声中识别有效信号。如何把“微弱到几乎不可见”的相互作用转化为可测量信号，成为轻暗物质搜寻的关键科学问题之一。 米格达尔效应正是在此背景下被寄予厚望的理论路径。1939年，物理学家阿尔卡季·米格达尔提出：当入射粒子与原子核发生碰撞并使原子核发生反冲时，原子核外电子云可能来不及“随核同步”调整，导致部分电子获得能量并被激发甚至电离，从而产生可观测的电离信号。对暗物质探测而言，这意味着即使核反冲本身非常微弱，也可能通过伴随的电子信号“放大”可观测性，从而降低探测阈值、拓展可探测质量区间。然而，80多年来，中性粒子碰撞场景下的米格达尔效应缺乏直接实验确认，也使得依赖该效应的探测策略长期承受“理论支撑不足”的质疑。 此次研究的突破点在于实现了“直接观测”和“定量测量”的双重进展。由中国科学院大学主导的联合研究团队依托自主研发的专用气体探测器与像素读出芯片，对中子与原子核相互作用过程进行精细捕捉，在实验中首次识别到米格达尔效应涉及的事例，统计显著性超过5倍标准差，达到粒子物理领域通常采用的“发现”判据。同时，团队还精准给出了米格达尔效应截面与原子核反冲截面的比值，为后续实验设计和理论模型约束提供了可直接调用的关键参数。相关成果于15日发表在《自然》杂志。 从原因看，这一成果的取得离不开探测技术与数据分析能力的协同提升。一上，轻信号探测对探测器本底控制、读出分辨率、触发与鉴别机制提出极高要求；另一方面，中性粒子引发的稀有过程需要大量事件中提取特征、抑制伪信号，并通过严格统计检验给出可靠结论。研究团队通过专用探测器与像素级读出相结合，使对电离信号的捕获更灵敏、对事件形态的辨识更精确，从而在实验上跨过了以往难以逾越的门槛。 其影响可从三个层面观察：第一，在基础科学层面，研究以直接实验结果回应了量子力学长期预言，完善了对核反冲—电子响应耦合过程的认识，为相关理论计算提供了可校准的参照。第二，在方法与工程层面，自主研发装置与读出芯片表明了我国在低能量阈值探测、精细读出与系统集成上的技术积累，有助于推动后续更大规模、更高灵敏度实验装置的建设与迭代。第三，在国际暗物质研究层面，米格达尔效应的实验确认与参数测量，将有望提升轻暗物质实验的信号判别能力，增强对“低质量区间”的覆盖，从而为全球范围内的暗物质搜寻提供更坚实的实验依据与更清晰的策略选择。 面向下一步，对策与工作重点可聚焦在三个方向：其一，深入在不同靶材料、不同能区与不同中性粒子源条件下开展交叉验证，建立更完善的系统误差评估框架，提升结果在更广泛实验场景中的适用性。其二，将测得的关键截面比值与暗物质探测实验的响应模型深度耦合，形成可直接用于实验设计、阈值设定与背景鉴别的标准化输入，减少模型不确定性对结论的影响。其三，推动与国内外相关实验团队的比对与联合分析，以统一的物理量定义和分析流程，提升不同实验结果之间的可比性与可叠加性，形成更具说服力的综合约束。 从前景判断看，轻暗物质探测正在从“拼更大体量”逐步转向“拼更低阈值、更强鉴别、更高精度”的阶段。米格达尔效应的实验“落地”，不仅为轻暗物质搜寻提供了新的观测通道，也可能带动一批围绕低能核反冲、电子响应与本底抑制的关键技术攻关。随着探测器读出技术迭代、低本底材料与屏蔽体系改进，以及多实验数据协同增强，未来在更宽质量范围内给出更严格约束乃至捕捉到异常信号的可能性将提升。
这项研究不仅验证了近一个世纪前的科学预言，也展现了中国科学家在基础物理研究中的重要贡献。随着量子科技的发展，中国科研团队正通过原创性突破，不断拓展人类对宇宙的认知边界。