В январе 2026 года журнал Nature опубликовал работу группы физиков во главе с Университетом Китайской академии наук. Исследователям впервые удалось напрямую наблюдать эффект, который в 1939 году предсказал советский физик-теоретик Аркадий Мигдал. Почти девяносто лет он оставался только на бумаге. Теперь у охотников за тёмной материей появился новый инструмент.
Что предсказал Мигдал
Атом устроен как крошечное тяжёлое ядро, окружённое облаком лёгких электронов. Представьте, что по ядру внезапно ударили, например, в него врезался нейтрон. Ядро резко дёргается и отлетает. Электроны не успевают мгновенно подстроиться под новое положение ядра, и электрическое поле внутри атома на миг перестраивается. Аркадий Мигдал рассчитал, что от такого рывка один из электронов иногда может оторваться и вылететь из атома.
Похоже на стакан с водой, который резко сдвинули по столу: вода не успевает за стаканом и может выплеснуться. Только в атоме всё подчиняется законам квантовой механики, поэтому электрон вылетает не всегда, а с определённой, очень небольшой вероятностью.
Почему это так трудно увидеть
Эффект Мигдала редкий, а электрон вылетает с маленькой энергией. Главная сложность в том, что нужно поймать сразу два следа: от отлетающего ядра и от выбитого электрона. Причём оба следа должны начинаться из одной точки. Обычные детекторы видят лишь общую вспышку и не могут отличить такое событие от множества других.
Китайская команда собрала газовый детектор с особой микросхемой считывания Topmetal-II, которую разработали в Центральном китайском педагогическом университете. По сути это «атомная камера»: она фиксирует трек отдельного атома и вылетевшего из него электрона. Газ в детекторе облучали нейтронами от компактного нейтронного генератора.
Исследователи проанализировали около миллиона зарегистрированных событий. Из них отобрали шесть, в которых чётко видна нужная картина: два трека, выходящие из одной точки. Статистическая значимость результата достигла пяти сигм. Это стандартный порог, после которого физики элементарных частиц говорят об открытии. Измеренная частота эффекта хорошо совпала с теоретическими расчётами.
При чём здесь тёмная материя
По современным оценкам, около 85 процентов вещества во Вселенной составляет тёмная материя. Она не светится и почти не взаимодействует с обычным веществом, но выдаёт себя гравитацией. Много лет её пытаются поймать огромные подземные детекторы, такие как китайский PandaX и европейский XENON. Они ждут, что частица тёмной материи однажды столкнётся с ядром атома и заставит его отскочить. Эти эксперименты в основном искали сравнительно тяжёлые частицы и пока ничего не нашли.
Поэтому всё больше внимания привлекает лёгкая тёмная материя. Если её частицы лёгкие, то их удар по ядру слишком слабый, и обычные датчики его не замечают. Здесь и пригодится эффект Мигдала. Даже слабый толчок ядра может выбить электрон, а электронный сигнал зарегистрировать гораздо проще. Получается своего рода усилитель, который превращает едва заметный удар в измеримый сигнал.
«Результат китайской команды — настоящий прорыв, и это по-настоящему вдохновляет», — сказал физик Хайбо Юй из Калифорнийского университета в Риверсайде, который не участвовал в работе. Руководитель эксперимента PandaX Цзянлай Лю назвал её важным первым шагом к использованию эффекта в поисках лёгкой тёмной материи.
Что дальше
Авторы собираются улучшать детектор и изучать эффект Мигдала на других элементах и материалах. Это нужно, чтобы точно знать, как эффект будет проявляться в настоящих детекторах тёмной материи. Сама тёмная материя этой работой не найдена. Но теперь физики уверены, что явление, на которое рассчитывают многие будущие эксперименты, действительно существует и работает так, как предсказывала теория.
Источники
Наука ближе, когда обсуждаем вместе.
Новые материалы, вопросы и подборки — в нашем Telegram.
