Эффект Мигдала заключается в том, что при внезапном столкновении с атомным ядром нейтрона или частицы темной материи быстро изменяющееся внутреннее электрическое поле атома может выбросить один из электронов из окружающего ядро облака. Почти 90 лет это явление оставалось чисто теоретическим, поскольку сигнал от него чрезвычайно слаб и тонет в фоновом шуме космических лучей и естественного излучения.

Чтобы зафиксировать эффект Мигдала, ученые из Китайской академии наук разработали сверхчувствительный «атомный фотоаппарат» — газовый детектор, интегрированный со специализированным микрочипом. Эта установка способна отслеживать траекторию отдельного атома и выбитого из него электрона, пишет Phys. В ходе эксперимента исследователи облучали молекулы газа нейтронами и проанализировали более 800 000 событий, выявив шесть чистых сигналов.

Каждый сигнал демонстрировал характерную для эффекта Мигдала сигнатуру: две трековые частицы — отдачи ядра и выброшенного электрона — исходили из одной и той же точки. Статистическая достоверность открытия достигла уровня «пять сигм», что является золотым стандартом в физике элементарных частиц.

«Прямое наблюдение эффекта Мигдала в ядерных экспериментах было давней и широко признанной проблемой. Несколько ведущих международных исследовательских групп пытались его обнаружить, но безуспешно, — отметил Ю Хайбо из Калифорнийского университета. — Поэтому результат китайской команды — это настоящий прорыв».

Открытие физиков особенно важно для поиска легкой темной материи. Когда легкая частица сталкивается с атомом, отдача ядра настолько мала, что обычные детекторы ее не регистрируют. Эффект Мигдала решает эту проблему, преобразуя незаметный толчок в измеримый сигнал выброшенного электрона. «С эффектом Мигдала, как только электрон выброшен, наш детектор сможет, в теории, уловить 100% его энергии», — заявил Чжэн Яньхэн, один из исследователей.

Работа не только подтверждает теоретическое предсказание, но и открывает путь к практическому применению эффекта в поисках темной материи. В дальнейшем команда планирует исследовать эффект Мигдала на других материалах и оптимизировать детектор для поиска еще более легких частиц темной материи.

Недавно космический гамма-телескоп «Ферми» зафиксировал возможные первые прямые доказательства существования темной материи. По мнению астронома Томонори Тотани, ему удалось обнаружить в данных телескопа высокоэнергетические фотоны с энергией 20 гигаэлектронвольт, которые, теоретически, могут возникать только в результате столкновения гипотетических слабовзаимодействующих массивных частиц (WIMP, вимп).