晶体对一般暗物质-电子相互作用的响应
高能物理 - 唯象学
2022-02-10 v2 宇宙学与河外天体物理
摘要
我们发展了一种形式体系，用以描述在一般形式的底层 DM-电子相互作用下，暗物质(DM)粒子与晶体中束缚电子的散射。此类描述与质量小于核子的 DM 粒子的直接探测实验相关，后者可能通过半导体晶体探测器中的电子激发在运行中的 DM 实验中被观测到。我们的形式体系基于一般非相对论 DM-电子相互作用（包括 anapole 以及磁偶极和电偶极耦合）的有效理论方法，并结合以电子波函数重叠积分定义的晶体响应函数。我们的主要发现是，对于速度积分的通常简化，半导体材料中 DM 诱导的电子跃迁率至多依赖于五个独立的晶体响应函数，其中四个此前未知。我们辨识出这些晶体响应，并利用密度泛函理论对晶硅和锗（用于运行中的 DM 直接探测实验）进行了计算。我们的计算使我们能够根据 SENSEI 和 EDELWEISS 实验报告的数据设定 DM-电子相互作用强度的 90% 置信水平限制。本工作发现的新颖晶体响应函数编码了不与传统实验探针相互作用的晶体固体性质，表明可利用 DM 风作为探针来揭示材料中新型隐藏序。
引用
@article{arxiv.2105.02233,
title = {Crystal responses to general dark matter-electron interactions},
author = {Riccardo Catena and Timon Emken and Marek Matas and Nicola A. Spaldin and Einar Urdshals},
journal= {arXiv preprint arXiv:2105.02233},
year = {2022}
}
备注
25 pages, 12 figures, typos corrected, clarifying comment added