Китайские учёные впервые получили прямое экспериментальное подтверждение эффекта Мигдала — явления, предсказанного советским физиком Аркадием Мигдалом в 1939 году. Открытие открывает новые возможности в поиске лёгкой тёмной материи, составляющей около 85% массы Вселенной. Результаты опубликованы в журнале Nature.
Эффект Мигдала проявляется так: при внезапной отдаче атомного ядра, например после столкновения с нейтральной частицей, быстрый сдвиг внутреннего электрического поля атома может выбить один из орбитальных электронов. Непосредственно наблюдать этот процесс долгое время не удавалось из-за микроскопических масштабов явления и фоновых шумов.
Для эксперимента исследователи из Университета Китайской академии наук создали высокоточный газовый детектор — «атомную камеру». Облучив молекулы газа нейтронами и проанализировав более 800 000 событий, команда зафиксировала шесть чётких сигналов. Каждый сигнал показывал характерную подпись эффекта Мигдала: две трека частиц — ядра и выбитого электрона — исходили из одной точки. Статистическая значимость результатов достигла пяти сигм, что соответствует «золотому стандарту» в физике частиц.
Прямое наблюдение эффекта Мигдала в ядерных экспериментах долго считалось сложной и широко признанной проблемой. «Результат китайской команды — подлинный прорыв и захватывающее событие», — отметил профессор физики и астрономии Калифорнийского университета в Риверсайде Юй Хайбо.
Открытие особенно важно для поиска лёгкой тёмной материи. При столкновении такой частицы с атомом отдача ядра слишком мала для регистрации обычными датчиками, но эффект Мигдала превращает этот слабый толчок в измеримый сигнал выбитого электрона. «Работа заполняет давний экспериментальный пробел, укрепляет теоретическую базу эффекта Мигдала и представляет первый шаг к его применению в поисках лёгкой тёмной материи», — отметил профессор Шанхайского университета Цзяо Тун и ведущий учёный эксперимента PandaX Лю Цзянлай.
В будущем команда планирует исследовать эффект на других материалах, чтобы расширить возможности поиска ещё более лёгких частиц тёмной материи.