通过暗物质-电子散射与 Migdal 效应引起的电子电离
高能物理 - 唯象学
2020-11-24 v3 宇宙学与河外天体物理
高能物理 - 实验
摘要
目前已有若干运行中和提议中的实验，旨在利用各种材料中的电子电离来探测亚 GeV 暗物质（DM）。这些实验的预计信号率假设该电离产额仅来自 DM 对电子靶的直接散射，忽略了 DM 对核靶散射产生的次级电离贡献。我们研究了这一假设的有效性，并表明如果亚 GeV DM 以相当的强度同时耦合质子和电子（如暗光子媒介子的情况），则通过 Migdal 效应的原子散射引起的电离信号随原子序数 和三维动量转移 按 缩放。结果是：当媒介子较轻时，Migdal 效应总是次于电子散射；但对于重媒介子以及质量在数百 MeV 范围的 DM，Migdal 诱导的电离可主导于电子散射。我们将这两种电离过程置于相同的理论基础上，处理了用于计算率值的原子波函数选择中的一些理论不确定性，并讨论了 Migdal 过程占主导的 DM 情形（包括 XENON10、XENON100 以及近期 XENON1T 关于轻 DM 散射的结果）的启示。
引用
@article{arxiv.1908.00012,
title = {Electron Ionization via Dark Matter-Electron Scattering and the Migdal Effect},
author = {Daniel Baxter and Yonatan Kahn and Gordan Krnjaic},
journal= {arXiv preprint arXiv:1908.00012},
year = {2020}
}
备注
v3: 12 pages, 5 figures, 1 table, matches journal version. v2: typos fixed, clarifications added, improved discussion of XENON1T effective exposure. v1: 11 pages, 5 figures, 1 table