Το 1939 ο Σοβιετικός φυσικός Arkady Migdal προέβλεψε θεωρητικά ότι, αν ο πυρήνας ενός ατόμου υποστεί μια απότομη μεταβολή είτε κατά την διάρκεια μιας πυρηνικής αντίδρασης είτε κατά την ραδιενεργό διάσπαση άλφα ή βήτα, τότε το άτομο μπορεί να ιονιστεί, δηλαδή να εκπέμψει ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια. Αυτό είναι το επονομαζόμενο φαινόμενο Migdal: τα ατομικά ηλεκτρόνια δεν προλαβαίνουν να προσαρμοστούν ακαριαία στο νέο δυναμικό εξαιτίας της μεταβολής ενέργειας ή και του ηλεκτρικού φορτίου του πυρήνα, με αποτέλεσμα τον ιονισμό του ατόμου. Το φαινόμενο Migdal στο παρελθόν είχε παρατηρηθεί και μελετηθεί πειραματικά κατά την διάσπαση άλφα και βήτα(*).
Τώρα σε μια πρόσφατη δημοσίευση στο περιoδικο Nature επιβεβαιώνεται με υψηλή στατιστική ακρίβεια και η άμεση παρατήρηση του φαινομένου Migdal που προκαλείται όταν ένας πυρήνας βομβαρδίζεται με νετρόνια. Για σχεδόν εννέα δεκαετίες, αυτή η διαδικασία «εκτίναξης ηλεκτρονίων» παρέμενε σχεδόν θεωρητική, αφού τα πειράματα με νετρόνια έδειχναν αμυδρά σήματα. Οι άμεσες αποδείξεις ήταν ασαφείς δεδομένου ότι το φαινόμενο Migdal καλύπτονταν από το ενοχλητικό υπόβαθρο που συνήθως παράγεται στα πειράματα με δέσμες νετρονίων.
Το νέο πείραμα
Για να καταγράψει το φαινόμενο Migdal, μια κινεζική ερευνητική ομάδα ανέπτυξε μια εξειδικευμένη «ατομική κάμερα» – έναν ανιχνευτή αερίου υψηλής ακρίβειας. Η διάταξη είναι αρκετά ευαίσθητη ώστε να παρακολουθεί την τροχιά του ανακρουόμενου πυρήνα και του εκτοξευόμενου ηλεκτρονίου.
Βομβαρδίζοντας μόρια αερίου με νετρόνια και αναλύοντας περισσότερα από 800.000 υποψήφια συμβάντα, η ομάδα εντόπισε έξι σαφή σήματα. Κάθε ένα από αυτά εμφάνιζε την καθοριστική υπογραφή του φαινομένου Migdal: δύο σωματιδιακές τροχιές – μία από την ανάκρουση του πυρήνα και μία από το εκτοξευόμενο ηλεκτρόνιο – που αναδύονταν ακριβώς στο ίδιο σημείο. Η στατιστική βεβαιότητα της ανακάλυψης έφτασε στο όριο των πέντε σίγμα – 5σ σημαίνει ότι η πιθανότητα η μέτρηση να είναι τυχαία είναι μόνο 1 στα 3,5 εκατομμύρια.
Επιπτώσεις για την έρευνα της σκοτεινής ύλης
Για δεκαετίες, η αναζήτηση της σκοτεινής ύλης έχει επικεντρωθεί στα υποθετικά σωματίδια που ονομάζονται WIMPs, ή αλλιώς ασθενώς αλληλεπιδρώντα σωματίδια με μάζα. Αλλά μετά από μεγάλα πειράματα όπως το PandaX της Κίνας και το XENON της Ιταλίας που δεν βρήκαν στοιχεία για αυτούς τους βαρείς υποψηφίους, η επιστημονική προσοχή έχει επεκταθεί και προς την ελαφριά σκοτεινή ύλη – σωματίδια που είναι πολύ ελαφρύτερα και ακόμη πιο δύσκολο να ανιχνευθούν.
Η πρόκληση βρίσκεται στο γεγονός ότι όταν ένα τόσο ελαφρύ σωματίδιο χτυπά έναν ατομικό πυρήνα, η ανάκρουση του πυρήνα είναι πολύ μικρή για να την καταγράψουν οι συμβατικοί αισθητήρες. Και εδώ είναι που μπαίνει το φαινόμενο Migdal. Όταν πραγματοποιηθεί το φαινόμενο Migdal, εκτοξεύεται ένα ηλεκτρόνιο την ενέργεια του οποίου μπορεί θεωρητικά να συλλάβει ο νέος ανιχνευτής. Ένας κατά τα άλλα ανεπαίσθητος κραδασμός χαμηλής ενέργειας μετατρέπεται σε μετρήσιμο ηλεκτρονικό σήμα.
Έτσι, η εφαρμογή ενός παλιού πυρηνικού φαινομένου (Migdal) ανοίγει τον δρόμο στην πιθανή ανίχνευση σκοτεινής ύλης.
(*) Tα ηλεκτρόνια του φαινομένου Migdal δεν πρέπει να συγχέονται με τα ηλεκτρόνια που εκπέμπονται στα δύο από τα τρία είδη διάσπασης β–:
1) όταν στον πυρήνα του ατόμου ένα νετρόνιο μετατρέπεται σε πρωτόνιο: 
2) όταν συμβαίνει η αρπαγή ενός ηλεκτρονίου (συνήθως της στιβάδας Κ) από τον πυρήνα (Electron Capture), ένα πρωτόνιο του πυρήνα μετατρέπεται σε νετρόνιο: 
Όμως το γεγονός ότι και στις δυο περιπτώσεις ο πυρήνας υφίσταται απότομη μεταβολή σε ορμή και ηλεκτρικό φορτίο προκαλείται και το φαινόμενο Migdal: τα ηλεκτρόνια γύρω από τον πυρήνα δεν προλαβαίνουν να προσαρμοστούν ακαριαία στο νέο δυναμικό, με αποτέλεσμα επιπλέον διέγερση ή ιονισμό του ατόμου.
διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες: First direct evidence of Migdal effect opens new path for dark matter search – https://phys.org/news/2026-01-evidence-migdal-effect-path-dark.html
Κατηγορίες:ΑΤΟΜΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ, ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ, ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑ, ΣΚΟΤΕΙΝΗ ΥΛΗ
physicsgg 
Σχολιάστε