前一篇文章有條友問,“看不見摸不著的暗物質,對人類有啥用?”
借著這個話題,我嘗試著用大家都能聽懂的方式再聊一聊。
“暗物質”——這個詞,稍微對科學有點興趣的人,都不陌生。總之“宇宙中85%的物質”就是這玩意兒。并且,科學家雖然知道存在,但目前還沒有找到。
找這東西有多難呢?可以這么說,但凡你看見一點風吹草動,就是“諾獎”的存在。那我下面要說的就是“捕風捉影”的故事了。
2026年初,中國科學院大學領銜的科研團隊,在全球頂級學術期刊《Nature》上發了一篇論文,題目翻譯過來就八個字,首次直接觀測到了“米格達爾效應”。
![]()
什么是“米格達爾效應”?(破解了87年的懸案)
早在1939年,那時還叫蘇聯,有個叫阿爾卡季·米格達爾物理學家基于量子力學的計算,提出一個預言:“當一個中性粒子(比如暗物質或中子)撞擊原子核時,原子核在受到撞擊反沖的瞬間,其內部電場的變化會將部分能量轉移給核外的電子,從而把電子“踢”出原子。”
打個不恰當的比方,就是車被撞了,人也飛了。
這個被震出來的電子,就是信號。
![]()
但問題來了,這個信號太弱了。弱到很容易被“宇宙背景噪音”所掩蓋。
在整個原子的尺度上,你要在無數干擾信號里,精準地抓出那個因為原子核反沖而“掉出來”的電子,就好比你在北京三環的高架橋下面,要分辨出三百米外一只螞蟻掉在地上的聲音。
87年了,無數團隊嘗試過,全都鎩羽而歸。
由于一直缺乏直接的實驗證據。這也導致很多依賴該理論的暗物質探測實驗,長期面臨“理論假設缺乏實證支撐”的質疑。
直到中國團隊搞出了一個東西。
中國科學家是如何做到的?
中國科學院大學牽頭,聯合廣西大學等多所高校的科研團隊,研發了一套“微結構氣體探測器+像素讀出芯片"的組合裝置。
![]()
微結構氣體探測器示意圖
簡單來說,你可以把它理解成一臺超高分辨率的“照相機”,這臺相機是能拍到單個原子運動過程中釋放電子的全過程。
然后他們用了一臺緊湊型的氘-氘聚變反應加速器中子源,轟擊這臺“照相機”里面的氣體分子。
轟完之后,奇跡出現了。
他們同時觀測到了原子核反沖的軌跡,和米格達爾電子的軌跡,而且這兩條軌跡有一個極其關鍵的特征,它們是“共頂點”的。
“共頂點”顧名思義就是兩條軌跡的起點是同一個點,這說明這個電子確實是被原子核反沖“震”出來的,而不是其他地方來的。
87年的謎團,就這么被一個中國團隊解開了。
說實話,很多人即使看到這,也覺得離自己挺遠的。沒錯,但對于暗物質的研究,這個發現可以說是0-1的跨躍。
暗物質到底是什么,跟我們有什么關系。
![]()
暗物質宇宙分布模擬圖
時間推回到1933年,天文學家弗里茨·茲維基在觀測后發座星系團的時候發現了一個極其詭異的事情。這個星系團里星系的運動速度太快了,按照可見物質的質量來算,它們早就該飛散了,但它們沒有。
一定有某種看不見的東西提供了額外的引力,把它們“拽”住了。
這就是暗物質。
后來,越來越多的觀測證據指向同一個結論,星系旋轉曲線、引力透鏡、宇宙微波背景輻射,所有數據都在說同一件事,宇宙中存在大量的不可見物質,而且它的量是可見物質的五到六倍。
那有人會問,看不見的東西研究它干嘛。
這個問題問得好,歷史告訴我們,基礎科學的突破往往會在幾十年后徹底改變生活。
我們現在對宇宙的理解,從大爆炸到星系形成,從引力到基本粒子,所有的理論框架都是基于可見物質建立的。如果可見物質只占15%,那就意味著我們對宇宙的理解,可能只有一小部分是對的。
更直白一點說,暗物質可能是理解宇宙起源、演化,甚至最終命運的那把鑰匙。
再提“米格達爾效應”。
為什么說中國團隊這次觀測到了米格達爾效應,對暗物質探測這么重要。
因為“米格達爾效應”就相當于一個天然的“信號放大器”,它能把原本因為太微弱而不可探測的核反沖信號,轉化成清晰可觀的電子信號。
87年間這個效應只存在于理論中,而這次中國團隊把這個“虛”的東西,實打實地給坐實了。
他們用兩個氘原子核在高溫高壓下發生聚變,生成的中子撞擊,證明了米格達爾效應是真實存在的。那么基于這個效應來設計下一代暗物質探測器,就有了堅實的實驗基礎,而不是空中樓閣。
![]()
我國緊湊型聚變能實驗裝置
它是未來科技變革的“潛在火種”
這項成果不僅填補了實驗驗證的長期空白,還為輕質量暗物質探測的應用邁出了堅實的第一步。
鄭陽恒教授說得挺有意思,他說:“暗物質是理解宇宙起源與演化的關鍵,我們的工作讓人類在這場”宇宙尋寶游戲“中,又靠近了目標一步。”
宇宙尋寶游戲,聽起來是不是很有趣?
![]()
宇宙暗物質絲狀圖
暗物質的研究已經不僅僅停留在天文學層面了,它正在推動一系列前沿技術的發展。比如超靈敏探測器、極低噪聲電子學、深地實驗室建設,這些東西今天用來找暗物質,明天可能就用在醫學成像、量子計算、國防探測上。
說得再遠一點,誰知道暗物質里面藏著什么。萬一它是一種全新的粒子呢,萬一它能帶來全新的能源形式呢?
1939年,米格達爾提出這個理論的時候,中國還在抗日戰爭。那時候別說做前沿物理實驗了,連正常的科學研究都難以維持。
87年后的2026年,一個中國團隊,在全球最頂級的期刊上,證明了這位蘇聯物理學家87年前畫下的那張圖紙。
而且你要注意一個細節,核心探測器是團隊自主研發的,不是買別人的現成設備。這意味著什么,意味著在這個領域,中國不再依賴進口,自己就有能力造出世界頂尖的探測裝置。
中國科學家,已經坐在了牌桌上,而且手牌不差。
![]()
去年9月,瑞士蘇黎世大學的團隊在極輕暗物質粒子探測上也取得了進展,設備靈敏度達到迄今最高水平。今年1月中國團隊證實米格達爾效應。4月底,中國的暗物質衛星“悟空”號又公布了最新成果,首次在觀測上直接證實了宇宙射線加速能量極限的電荷依賴規律。
暗物質這個領域,正在進入一個加速期。
下一個被看見的,會是誰的預言呢?
也許是暗物質本身。
特別聲明:以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺“網易號”用戶上傳并發布,本平臺僅提供信息存儲服務。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.