使用稳定镝靶直接搜寻 keV 级 sterile neutrino 暗物质

我们研究了一种搜寻可能构成暗物质的 keV 级 sterile neutrino 的新方法。如果中微子的质量大于 2.83 keV，则被困在我们星系中的中微子可被稳定的 $^{163}$Dy 俘获。我们研究了两种实验方案：一是在富镝矿石中对 $^{163}$Ho 原子进行积分计数，二是在基于镝的探测器中对出射电子能谱进行实时测量。将俘获率与太阳中微子和放射性背景进行了比较。使用数千克 $^{163}$Dy 的积分计数实验可使 sterile-to-active 混合角 $\sin^2\theta_{e4}$ 的灵敏度达到 $10^{-5}$，显著超越目前的实验室限制。通过实时实验可能探索低至 $\sin^2\theta_{e4} \sim 10^{-7}$ / $\rm m_{^{163}\rm Dy}\rm{(ton)}$ 的混合角。