在液氩中使用混合 SiPM-SNSPD-量子比特探测器增强暗物质灵敏度

我们研究了将暗物质直接探测实验的灵敏度扩展到远低于常规探测器阈值的能量沉积的新策略。在配备硅光电倍增管的液氩时间投影室中，我们表明改进的光学读出，结合对 WIMP-核相互作用的核介电常数（NDC）校正，增强了对低动量转移核反冲的响应。NDC 有效地放大了在小反冲能量下的相互作用强度，在不改变受校准数据约束的高能行为的情况下，增加了预期的电离和闪烁产额。当与基于 SiPM 的光收集耦合时，该机制将有效探测阈值降低到亚 keV 范围，显著提高了对低质量 WIMP 和其他弱相互作用粒子的灵敏度。作为补充，我们提出了一种针对超低能量沉积优化的基于量子比特的探测器的设计和预期性能。采用新型双芯片架构以最小化信号耗散，同时量子宇称测量实现了增强的单声子灵敏度。对声子传播和准粒子动力学的全面模拟表明，$\gtrsim 30 meV$ 能量级的能量沉积可以以近乎单位的效率和极高的能量分辨率被探测到。这一能力预计将使轻型和重型介质的暗物质散射灵敏度（对于质量 $m_\chi \gtrsim 0.01 MeV$）提高几个数量级，并能够在 $0.04 - 0.2 eV$ 质量范围内对轴子和暗光子吸收进行有竞争力的搜索。