重大物理突破！华师协同攻关！-AI Express News

近日，国际顶级学术期刊《自然》发表一项重大物理突破——中国科学院大学领衔联合广西大学、华中师范大学等多所高校科研团队协同攻关，首次成功实现了对苏联科学家于80余年前预言的“米格达尔（Migdal）效应”的直接实验观测。这一成果为轻暗物质探测突破阈值瓶颈提供了关键支撑，实现该突破的核心硬件——像素读出芯片Topmetal-II，由华中师范大学PLAC实验室自主研制。我校为该研究的核心合作单位之一，物理科学与技术学院孙向明教授、王东教授和高超嵩教授参与研究，孙向明为共同通讯作者。

米格达尔效应由苏联物理学家阿尔卡季·米格达尔于1939年提出，描述了原子核反冲时通过电场变化将能量转移给核外电子、形成“共顶点”带电径迹的物理过程。这一效应被认为是突破轻暗物质探测阈值的重要路径，但中性粒子碰撞中的该效应长期缺乏直接实验验证，成为制约相关暗物质探测研究的关键瓶颈。

实验观测记录到的一个米格达尔（Migdal）效应事件

此次实验的核心挑战是精准捕捉“原子核反冲-米格达尔电子”的微弱共顶点轨迹。华中师范大学PLAC实验室研发的Topmetal-II像素读出芯片，以其低噪声（等效噪声电荷仅13.9 e⁻）、高位置分辨率（200 μm）及宽能量探测范围的核心优势，为实验提供了关键的信号读出解决方案。作为超灵敏探测装置的“信号捕捉”核心，该芯片能将气体探测器中的微弱电荷信号转化为清晰数字化轨迹，精准区分原子核反冲与电子反冲信号，从复杂背景中成功识别出稀缺的米格达尔事件。

紧凑型D-D中子发生器、探测器及实验布局

“微结构气体探测器+像素读出芯片”探测器系统

作为华中师范大学PLAC实验室的核心研发成果，Topmetal系列芯片长期聚焦高能物理探测领域的“卡脖子”技术攻关，已形成从芯片设计、流片验证到系统集成的完整技术体系。此次Topmetal-II像素读出芯片通过高分辨率像素阵列实时捕捉传输微弱信号，结合专用数据处理算法，从近百万条记录事件中筛选出6个明确的米格达尔候选事件，以5个标准差的统计显著性证实该效应存在，测得的米格达尔截面与核反冲截面比值与理论预测高度吻合，该芯片在米格达尔效应观测中的成功应用，验证了其在极端微弱信号探测场景下的可靠性与先进性，彰显了我国在高端探测芯片领域的自主创新能力。

华师PLAC实验室像素读出芯片Topmetal-II

孙向明表示：“芯片是高端探测装备的‘心脏’，团队将以此次突破为契机，持续深化Topmetal系列芯片的技术迭代，进一步提升芯片的抗辐照性能、能量分辨率与集成度，为下一代暗物质探测实验、高能物理实验及核医疗影像等领域提供更具竞争力的核心器件支持，助力我国在基础物理研究与先进探测技术领域实现从'跟跑'到'领跑'的跨越。”