一种用于轻暗物质的地球散射形式化模型：暗光子介体

尽管暗物质（DM）通常被假设为仅与标准模型中粒子进行极弱相互作用，但许多直接探测实验正在探索DM可具有较大散射截面的参数空间。在这种情况下，DM可能在到达探测器之前在大气和地球中发生散射，导致DM通量被扭曲，并在探测器在不同时间被地球的遮挡程度不同时引发信号率的每日调制。这种调制是强相互作用DM的独特特征，提供了一种 powerful 方法，用于消除与时间无关背景的区分。然而，利用蒙特卡罗方法计算地球散射效应的计算负担较重，阻碍了对DM参数空间的系统性探索。本文提出了一种用于计算地球散射效应的半解析形式化模型，适用于通过暗光子介体相互作用的MeV级DM模型，并发布了相关代码Verne2。该形式化模型假设DM沿直线轨迹传播直至发生散射并沿入射路径反射回去，同时考虑了衰减和反射的影响。我们将该形式化模型与完整蒙特卡罗模拟结果进行比较，适用于当前和未来DM电子散射搜索的截面范围内。我们发现，Verne2的准确性可达到10-30%以内，适合用于每日调制信号建模，同时将计算成本降低约$10^4$倍。