文|《中国科学报》记者李念念辉 实习生 王悟诚

1939年，苏联物理学家阿尔卡季·米格达尔提议一个物理学的基础表面预言——“米格达尔效应”，该效应被觉得是冲破轻暗物资探伤能量阈值的关节表面旅途。

然则，该表面预言提议后的80多年间，中性粒子碰撞经过中是否存在米格达尔效应一直未被阐发。近日，由中国科学院大学连合广西大学、华中师范大学等单元构成的合并科研团队，初次在实验中径直不雅测到了这一物理沉着。联系效果发表于Nature。

为了“看见”

“这个收尾来得并不倏得，但真确看到它被考证，还口舌常兴隆。”华中师范大学评释孙向明说。

孙向明先容，米格达尔效应是一个着名的物理表面预言。该预言觉得，当中性粒子与原子核碰撞时，反冲原子核将部分能量传递给核外电子，使电子有概率取得弥散的能量脱离原子敛迹，酿成“共顶点”的两条带电径迹——核反冲径迹和电子径迹。这一预言虽一直未被阐发，但被许多科学家默许，许多科学究诘都成就在这一表面基础之上。

中国科学院大学评释郑阳恒、刘倩团队领衔的这项连合究诘，研发了“微结构气体探伤器+像素读出芯片”超贤人探伤安装，绝顶于一台“影相机”，可拍摄“单原子指导开释电子的经过”。

究诘东说念主员控制紧凑型氘-氘聚变反映加快器中子源轰击“影相机”内的气体分子，产生原子核反冲与米格达尔电子，二者酿成“共顶点”的独到轨迹。通过分析这一特征，究诘团队收效将这种“米格达尔事件”从伽马射线、世界射线等布景干豫中分离开来，活着界上初次径直阐发了控制量子力学预言的米格达尔效应。

在这个经过中，孙向明携带的华中师范大学PLAC实验室（全称Pixel Laboratory At CCNU，硅像素实验室）团队研制的像素读出芯片Topmetal阐扬了权贵述用。该芯片被应用在这次实验的关节探伤次第，承担了轻飘电荷信号成像的任务。

孙向明告诉《中国科学报》，在高能物理探伤中，空气或气体中的轻飘电荷信号极难被领路捕捉。电荷如何进入芯片、如何被可靠读取等，一直是甘休测量精度的遑急瓶颈。

十多年前，还在好意思国伯克利国度实验室从事高能物理探伤器联系究诘的孙向明运行念念索责罚之说念。他和共事反复琢磨，如何让空气或气体中的轻飘电荷信号真确进入芯片里面，并领路成像。

执行的阻挡很明确：普通芯片名义障翳着多层绝缘层和金属结构，电荷很难径直进入明锐区域。有东说念主尝试通过施加高电压“打穿”上层结构，但在不同工艺条目下，领路性和可控性互异很大，很难酿成可复制的责罚决议。

围绕这个“看不见”的次第，孙向明有了一个踊跃的联想——把电极径直作念进芯片里。他不再试图“穿透”，而是在工艺层面“灵通进口”，让芯片成为眼睛，看到电荷在空间中是如何散布的。

如若能在芯片最上层径直派遣金属电极，让电荷像被天线接受一样进入芯片里面，复杂结构带来的断绝就不错被绕开。这么一来，电荷不需要再穿越多层材料，不错被径直拿获和读取。因为需要长周期的、集成式的科研攻关，这么的芯片研发责任在海外很难竣事。

因此，leyu体育在好意思国作念究诘时间，这个联想一度只可停留在纸面上。

2011年，闻明物理学家许怒归国发展，手脚其团队主干成员之一的孙向明也跟随归国，全职加盟华中师大。“我但愿为我的科研联想找到一处不错永久插足的泥土。”孙向明说。

加盟华中师大后，PLAC实验室运行筹建。搭建实验环境、组织团队、积聚工程智商……在学校支撑下，这个团队从领先“险些一派空缺”，到逐渐把实验条目搭建起来。

恰是在这么的最先上，他们启动了Topmetal芯片研发责任。

十年磨一“芯”

这个2cm×3cm的芯片虽小，研制却是一项高度工程化的责任。

究诘参与者、华中师范大学评释王东先容，Topmetal芯片的研制需要反复流片、测试和标定，许多问题只可在实验中极少点试出来，需要插足大都的时期和元气心灵。而且这么的责任不可能靠一个东说念主完成，需要握续地密集就业。为此，PLAC实验室团队阅历了一段长达5年的“低产出期”。

“因为前期大都的时期都插足到打基础的责任上，从2011年到2016年，咱们实验室的论文产出很少，险些莫得课题。”孙向明说。

这种插足与惯例科研窥伺体系之间的张力，在那几年推崇得尤为显着。一方面，式样和论文数目有限，团队成员晋升勤劳；另一方面，芯片研发必须握续鼓动，幸运彩不成中断。

孙向明坦言，这时间也发生过东说念主员流动。年青老师如若只作念芯片，短期内看不到产出，未免产生衰颓神情，于是转向更容易出效果的所在。而东说念主员离开，对式样影响很大。

尽管如斯，这条路子仍然得以络续鼓动。

孙向明直言：“那几年实验室在窥伺上也拼凑通过了，但莫得什么权贵产出。如若莫得学校和团队成员的支撑，我可能坚握不到现时。”

2015年，初版芯片研制收效。当芯片性能趋于领路，并大概在实验中握续输出可靠数据时，民众总算看到了朝阳。

据先容，Topmetal系列芯片永久聚焦高能物理探伤规模的“卡脖子”时间攻关，已酿成从芯片设计、流片考证到系统集成的完好时间体系。

在“米格达尔效应”究诘中，Topmetal-II像素读出芯片通过高分辨率像素阵列及时捕捉传输轻飘信号，结合专用数据处理算法，从近百万笔纪录事件中筛选出6个明确的米格达尔候选事件，以5个圭臬差的统计权贵性阐发该效应存在，测得的米格达尔截面与核反冲截面比值与表面估计高度吻合。

有驳斥觉得，该芯片在米格达尔效应不雅测中的收效应用，不仅考证了其在顶点轻飘信号探伤场景下的可靠性与先进性，更彰显了我国在高端探伤芯片规模的自主转变智商。

“当你的研制和发明有了闻明度，平台的权贵性就会被看到。”孙向明说，阅历多年的千里默后，最近几年，他和团队苦求到不少大的式样和课题。

除了手脚实验用具，助力基础究诘外，PLAC实验室团队也运行探索Topmetal系列芯片更平日应用的可能性，包括向更高精度的X射线探伤等所在拓展空间。

孙向明告诉《中国科学报》，他和团队的中枢主义是进一步造就芯片的领路性和成像智商，优化出更高精度、更低噪声的Topmetal芯片，为多场景应用奠定时间基础。

在师范大学作念芯片

在许多东说念主眼里，高精度芯片研发应该发生在理工类高校。在一是以师范熏陶、东说念主文熏陶见长的师范大学成就一套完好的顶端芯片研发体系，似乎并不是一件铿锵有劲的事情。

孙向明坦言，入职华中师范大学时，该校只消电子系，联系学科以传统电子工程素养为主，在集成电路所在莫得现成基础，需要从零构建芯片设计、封装和系统测试环境。但学校携带的决心令他感动：“莫得条目创造条目，师范大学照样能建起一流实验室。”

孙向明和其他淳厚一皆，从实验空间、仪器条目、时间团队等方面起头，一步步完成实验室成就。实验平台逐渐成形后，芯片设计平台、封装与测试平台也接踵完善。接着，民众围绕芯片应用布局物理分析所在。

跟着究诘团队的闇练，该校也借助团队老师资源，讲述并获批集成电路本科专科，运行系统培养本科生、究诘生。如今，PLAC实验室已有十多位老师，领有一层楼的实验空间，酿成相对完好的时间链条。

在孙向明看来，华中师大是一个优容、秀好意思的地方。说它优容，是因为在芯片研发的领先几年里，PLAC实验室的产出不权贵，如若十足按照短周期盘算探究，团队的责任可能很难握续。但在华中师大相对优容的轨制环境下，这条时间路子得以握续鼓动，最终取得冲破。

说它秀好意思，是因为这里每到秋天，桂花怒放，空气中氤氲着幽香。而且，桂子山的校园节律相对舒徐和静谧，这么的环境更合适开展需要永久插足的究诘责任。

“在学科结构方面，师范类、文科见长的高校，并不自然与物理或工程究诘对立。科研智商并不由学校类型通俗决定，真确关节的是是否具备领路团队、握续插足和合理评价机制。只消条目允许、旅途透露，文科见长的高校一样不错作念出塌实的物理与工程效果。”孙向明说。

论文勾引：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09918-8