相干散射与宏观相干性：对中微子、暗物质与轴子探测的启示

我们研究相干中微子散射是否能在宏观尺度上发生，从而导致探测截面显著增大。我们集中于原子电子（或导体中的自由电子）上的辐射中微子散射。此类过程可以是相干的，前提是净电子反冲动量，即中微子转移的动量减去发射光子的动量，足够小。辐射过程是一种吸引人的可能性，因为发射光子的能量可大到与电子系统转移的动量相当，从而可避免探测极低能量反冲的问题。宏观相干性的要求严重限制了散射粒子与发射光子的可用相空间。我们表明，在由通常的弱中性流和带电流相互作用介导的散射情况下，这导致基本截面的强烈抑制，因此宏观相干性的要求造成总探测截面的减小而非增大。然而，对于由中微子磁偶极矩或电偶极矩介导的 $\nu e$ 散射，相干效应实际上可提高探测率。宏观相干效应也可允许探测100 eV至几keV能量范围的中微子，该范围目前实验尚无法触及。类似的相干增强机制可作用于暗区中的相对论性粒子，但不适用于通常考虑的非相对论性暗物质。