热力学方法探索暗物质古代探测

我们提出了首个基于热力学读出的暗物质古代探测灵敏度分析，该方法以每一次核反冲产生的稳定晶格空位数作为单次事件的可观测量，作为轨迹长度的补充观测量。利用奥利文石中的全级联SRIM模拟，我们计算了100 gGyr暴露量的预期灵敏度。我们发现，仅使用空位读出的灵敏度曲线与基于轨迹的先进分析方法非常相似。两种观测量的组合提供了用于|dE/dx|以及核反冲物种鉴别的单次事件代理。由于中子-核散射截面在核质量上近似平坦，而暗物质-核散射截面随A²比例增长，这种鉴别在中等暗物质质量下可抑制主导的中子背景超过一个数量级。组合分析的灵敏度可达到约$10^{-48}\,\mathrm{cm}^2$的自旋无关暗物质-核子散射截面，对应WIMP质量为几十GeV，相当于未来直接探测实验的水平。我们识别了一种两级读出方案，将选择性平面照明显微镜与扫描电子显微镜结合，作为实现100克规模分析的可行路径。