利用束缚核靶的暗物质探测：泊松声子尾

暗物质(DM)与固态系统中原子核的散射可能在高能量产生弹性核反冲，在低能量产生单声子激发。当暗物质动量可与束缚在晶格中的原子核的动量展宽相比拟时，即$q_0 = \sqrt{2 m_N \omega_0}$（其中$m_N$为原子核质量，$\omega_0$为光学声子能量），会出现以多声子激发为表征的中间散射区。我们研究了一个极大简化的单原子核谐振子势模型，并表明尽管给定动量转移$q$的平均沉积能量等于弹性值$q^2/(2m_N)$，声子占据数服从泊松分布，因此能量展宽为$\Delta E = q\sqrt{\omega_0/(2m_N)}$。这一观察表明，低阈值量热探测器可利用高于弹性能量的声子泊松分布尾，相比弹性散射的预期显著增强对亚GeV DM的灵敏度，即使能量阈值高于单声子能量。我们使用一个简单的电子激发模型论证，该多声子信号也将伴随由DM-电子散射或Migdal效应引起的电离信号。在DM耦合于重的质量动力学混合暗光子的合理模型中，我们表明这些信号可探测通过热冻结产生宇宙学DM的实验里程碑，包括马约拉纳费米子DM的热靶。