Физики впервые экспериментально подтвердили эффект Мигдала спустя 86 лет
Международному научному сообществу впервые представлено прямое экспериментальное доказательство существования эффекта Мигдала — явления, предсказанного советским физиком Аркадием Мигдалом еще в 1939 году. Открытие удалось сделать китайской исследовательской группе, а его результаты опубликованы в журнале Nature. Работа может существенно повлиять на методы поиска темной материи, которая, по оценкам ученых, составляет около 85% массы Вселенной.
Эффект Мигдала описывает процесс, при котором атом, получая энергию при столкновении с нейтроном или частицей темной материи, испытывает резкое изменение внутреннего электрического поля. В результате один из электронов может быть выбит с орбиты ядра. Почти девять десятилетий это явление оставалось исключительно теоретическим, поскольку возникающий сигнал чрезвычайно слаб и практически неотличим от фонового излучения.
Для фиксации эффекта исследователи из Китайской академии наук разработали высокочувствительную экспериментальную установку, которую сами ученые называют «атомным фотоаппаратом». Она представляет собой газовый детектор, совмещенный со специализированным микрочипом, способный отслеживать траектории отдельных атомов и выбитых электронов. В ходе эксперимента молекулы газа облучались нейтронами, после чего было проанализировано более 800 тысяч событий. В результате ученые выявили шесть чистых сигналов, соответствующих эффекту Мигдала.
Каждый из зафиксированных сигналов обладал характерной сигнатурой: две частицы — ядро отдачи и выбитый электрон — исходили из одной и той же точки. Статистическая значимость результата достигла уровня «пять сигм», который считается золотым стандартом надежности в физике элементарных частиц.
Как отметил Ю Хайбо из Калифорнийского университета, прямое наблюдение эффекта Мигдала долгое время оставалось одной из самых сложных и признанных нерешенных задач в ядерной физике. Ранее несколько ведущих международных групп предпринимали попытки его обнаружения, но безуспешно. Поэтому результат китайской команды ученые называют настоящим прорывом.
Открытие имеет особое значение для поиска легкой темной материи. При столкновении таких частиц с атомами отдача ядра слишком мала, чтобы ее могли зарегистрировать традиционные детекторы. Эффект Мигдала позволяет преобразовать этот незаметный толчок в измеримый сигнал за счет выбитого электрона. По словам одного из авторов работы Чжэн Яньхэна, при таком подходе детектор теоретически способен улавливать всю энергию выброшенного электрона.
Исследование не только подтверждает давнее теоретическое предсказание, но и открывает путь к практическому использованию эффекта Мигдала в экспериментах по поиску темной материи. В дальнейшем ученые планируют изучить проявление эффекта на других материалах и усовершенствовать детектор для регистрации еще более легких частиц пишет hightech.plus.
