暗物质就像隐形的“宇宙骨架”，我们看不见它，整个星系却
被它用引力牵引运转。如今，中国科研人员用一台自主研发的“原子
照相机”，首次拍下了原子核被中子撞击时“顺带”踢出电子的
瞬间——这是米格达尔（ArkadyMigdal，苏联物理学家）早在87年
前就计算出的场景。这意味着我们掌握了一种寻找“轻暗物质” 的方
法，为突破搜寻暗物质的困局带来了希望。

暗物质（Dark Matter），顾名思义是一种看不见摸不
到的物质，科学家认为它不发光、不反射光，也不参与电
磁相互作用，却导致宇宙中很多奇异现象。
比如星系旋转，按照牛顿力学，星系边缘的恒星应该
转得比中心慢，就像太阳系外围行星转得比水星慢一样。
但天文学家观测发现，银河系边缘的恒星转得飞快，按理
说早该被离心力甩出去才对，可它们偏偏稳稳地待在那
儿—一这说明，一定存在着大量看不见的物质，用额外的
引力把这些恒星“拽”住了。
更直接的证据来自引力透镜。当遥远的星光经过大质
量天体时，光线会像经过放大镜一样弯曲。通过测量这种
弯曲程度，就能算出 “挡路”星系团的质量。结果发现，
能看见的恒星、行星、星云等物质只占宇宙物质的15%，
必须用暗物质补充剩下 85%的质量，才能解释观测到的引
力效应。
他们猜测暗物质不像黑洞，也不像反物质，更像“幽
灵粒子”，穿透我们的身体、穿透地球，却几乎不留下任
何痕迹。

找不到的暗物质
过去20多年，科学家们一直在寻找弱相互作用大质量粒子（WIMPs），它的质量是质子的1倍到1000倍。全
球科学家造了各种超灵敏探测器，深埋地下、架在太空，想要抓这些“大胖子”。比如位于四川锦屏山地下 2400米深处的液氙暗物质探测器（熊猫计划 PandaX）、意大利的 XENON（液氙探测器）、美国的LUX（大型地下氙实验）。这些实验期望用深厚的山体屏蔽各种干扰，用几吨重的液氙捕捉暗物质发出的微弱闪光和电信号。还有使用低温晶体探测的SuperCDMS（美国）、CRESST（德国）等实验。它们把温度降到接近绝对零度，试图探测锗晶体或氟化钙晶体被撞击时产生的微小热量。但WIMPs 似乎不存在，或者极其稀少，所有实验都扑空了。现在实验精度已经进入“中微子迷雾”：探测器的灵敏度太高，已经受到太阳发出的中微子干扰了。

量子预言成新希望
就在暗物质寻找进入轻重暗物质都测不出来的“阈值瓶颈”时，一个87年前的量子力学预言被中国科学家实现了。
1939年，苏联物理学家阿尔卡季•米格达尔（ArkadyMigdal）算出：当中性粒子（如中子或暗物质）撞击原子核时，原子核会突然获得能量并反冲。在这个过程中，原子核内部电场的剧烈变化可能震出电子。这个现象后来被称 米格达尔效应，它提供了一个“信号放大器”：原本轻暗物质的痕迹太微弱（只有几个 eV），探测器根本看不见；但如果伴随产生了一个能量为5~10keV（千电子伏特）的电子，这个信号就强到足以被探测器捕捉了。然而，这个效应的发生概率极低—一大约每10万次碰撞才会产生一次米格达尔效应。而且，要证实它，必须
同时看到两条径迹：一条是原子核反冲的轨迹（较长较直），一条是电子飞出的轨迹（较短较弯），并且这两条径迹必须同时从同一点（共顶点）发出。这相当于要在嘈杂的体育场里，听到一根针掉在地上，还要确定针是从哪个座位掉下来的。此前多个国际顶尖团队都在尝试探测这一现象，却始终未能实现。

研发“原子照相机”
这次立功的，是一台自主研发的气体像素探测器，它既能捕捉到极其细微的轨迹，又能在伽马射线、宇宙射线等干扰中精准锁定目标信号，团队形象地称之为“原子照相机”。这台相机的核心由两部分组成：微结构气体探测器和像素读出芯片。前者是一个充满靶向气体的暗房，后者则是一块拥有微米级像素的感光底片。
用中子源轰击探测器内的气体分子，如果发生米格达尔效应，就会同时产生两条径迹：一条是原子核反冲留下的
直线，一条是电子飞出的短弯线。产生的电子经过电场漂移加速，在微通道板中发生电子雪崩，把信号强度放大数干倍，让像素读出芯片能记录下这两条轨迹的热点图（越红表示电荷越多），最后以训练出的算法重建轨迹的三维拓扑结构。