用于轻暗物质搜寻的无热声子传感器

近年来，理论和实验上对暗物质（DM）候选者的兴趣已从主要关注弱相互作用大质量粒子（WIMPs）转向一整套质量从 zeV 尺度到 PeV 尺度乃至 30 太阳质量的候选者。近期一个特别的发展是轻暗物质（LDM）的搜寻，通常定义为质量在 keV 到 GeV 范围内的候选者。在 LDM 搜寻中，需要 eV 及以下量级的探测器阈值来探测反冲中传递给原子核的少量动能。可应用于 LDM 搜寻的一种探测器技术是 Transition-Edge Sensors（TESs，转变边沿传感器）。这些传感器在低温下工作，根据设计的优化可实现所需阈值。在本论文中，我将阐述 DM 的证据以及 WIMP 之外的各类 DM 候选者。随后我将详述 TES 表征的基础，扩展并将相关概念应用于基于无热声子传感器的 Cryogenic PhotoDetector（CPD，低温光电探测器），并利用该探测器在地面开展 LDM 搜寻。所得的排除分析给出了（与同期搜寻相比）低温探测器在 93 至 140 MeV 质量范围内 DM-核子散射截面的最严格限制，显示了无热声子传感器在未来 LDM 搜寻中的前景。此外，在此 LDM 搜寻中观测到未知的本底超出信号，我排除了多种可能来源，并提出应力相关微裂纹作为一种引人关注的解释。最后，我将简要讨论超越核反冲的多种探测通道下未来 LDM 搜寻的展望。