两步法探测暗物质

多组分暗物质粒子可能具有比简单的核弹性散射更复杂的直接探测信号。在一类广泛且动机充分的模型中，暗物质粒子的非弹性激发随后会通过 $\gamma$ 衰变退激。在具有精细能量分辨率的实验（如许多 $0\nu 2\beta$ 衰变实验）中，这激发了一种高度模型无关的搜索方法，即寻找意外 $\gamma$ 谱线的恒星日调制。此类信号源于两步 WIMP 相互作用：WIMP 首先在铅屏蔽层中被激发，随后在探测器体积内通过发射单色 $\gamma$ 射线衰变回基态。我们通过考虑磁性非弹性 WIMP 模型详细探讨了这一想法，并以一系列 CUORE 型探测器为例。我们发现，在关于探测器性能的合理假设下，对于弱标度质量且具有过渡磁矩的 WIMP，可以有效探索高达数百 keV 的质量分裂。这种调制可以通过额外的不对称铅屏蔽廉价且轻松地增强。我们设计了一个玩具模拟，表明专门设计的不对称屏蔽可能导致两步 WIMP 信号产生高达 $30\%$ 的昼夜调制，从而带来灵敏度的额外显著提升。