基于集体激发的暗物质直接探测有效场论

我们发展了一个通过一般有效算符计算轻暗物质经单声子和磁子激发的直接探测率的框架。我们的工作推广了先前聚焦于涉及总核子与电子数N（激发声子的通常途径）的自旋无关相互作用，以及涉及总电子自旋S（激发磁子的通常途径）的自旋相关相互作用的计算，从而识别出靶材中涉及轨道角动量L以及自旋-轨道耦合L⊗S的新响应。所有四类响应均可激发声子，而与电子S和L的耦合也可激发磁子。我们将有效场论方法应用于一组具有充分动机的相对论基准模型，包括（赝）标量介导的相互作用，以及暗物质通过多极矩（如暗电偶极、磁偶极或anapole矩）相互作用的模型。我们发现，与点状自由度N和S的耦合往往主导暗物质探测率，这意味着具有轨道L序或强自旋-轨道耦合L⊗S的奇异材料对于获得广泛DM模型的强探测能力并非必要。我们强调，正在积极研发中的基于声子的晶体实验（如SPICE）将探测远超具有简单自旋无关相互作用的轻暗物质模型，包括例如具有偶极和anapole相互作用的模型。最后，我们公开了一个代码PhonoDark，它利用有效场论框架计算多种材料中的单声子产生率。