液态氦的电子结构及其在轻质暗物质直接探测中的应用
高能物理 - 唯象学
2025-09-03 v2 宇宙学与河外天体物理
摘要
我们在密度泛函理论框架下描述了氦的电子结构，以准确地建模暗物质在液态氦探测器中诱导的离子化。我们比较了原子、液态和晶体固体相的计算电子结构，发现原子和液态中电子电荷密度及其动量空间导数相似，这与氦原子之间的弱范德华键相一致。唯一值得注意的差别是最高占据的 氢能级呈现带宽展宽，这在能态密度图中体现为该凝聚态相的结果，由于原子间相互作用。因此，我们使用液态相计算得到的能态密度，结合标准文献方法处理孤立原子，重新计算了 XENON10 和 XENON1T 实验的离子化率和排除限值曲线。我们发现，由于液态相导致的 氢能级展宽仅在暗物质质量低于 6 MeV 时才相关，在此情况下，它会相对于孤立原子的离子化率增加。对于大多数探索的质量范围，离子化率最强影响的能级是离散的 和 氢能级。我们的发现表明，对于计算液态稀有气体探测器中的暗物质-电子散射速率，一种简单方法是使用计算得到的原子值乘以凝聚态相的能态密度加权。
引用
@article{arxiv.2502.02965,
title = {Electronic structure of liquid xenon in the context of light dark matter direct detection},
author = {Riccardo Catena and Luca Marin and Marek Matas and Nicola A. Spaldin and Einar Urdshals},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.02965},
year = {2025}
}