利用 Migdal 效应在掺氢液态氙中探索轻暗物质

暗物质直接探测中一个持续的挑战是提升对 MeV–GeV 质量区间轻暗物质的灵敏度。一种提议是向液态惰性元素直接探测实验中掺入如氢等较轻元素。其优势在于相较在重靶上的散射可产生更大的反冲能量，同时利用现有探测器技术。直接探测实验还可通过利用 Migdal 效应来拓展至更低质量，该效应中核反冲会导致电子电离或激发。在本工作中，我们结合这些思路来研究掺氢 LZ 实验（HydroX）以及未来大规模实验如 XLZD 的灵敏度。我们发现 HydroX 对自旋无关与自旋相关散射的暗物质质量灵敏度可低至 5~MeV，而 XLZD 将这一触及范围扩展至更低截面。值得注意的是，该技术大幅增强了直接探测对自旋相关质子散射的灵敏度，远超任何当前实验的触及能力。