利用富氢晶体与低临界温度 TES 探测器探测轻暗物质
仪器与探测器
2022-09-22 v3 高能物理 - 实验
摘要
直接探测亚 GeV 暗物质（DM）粒子的核散射倾向于低 Z 核。氢核（即单个质子）为轻暗物质粒子提供了最佳的运动学匹配。其特征核反冲能量比传统弱相互作用大质量粒子（WIMP）搜寻中所用较大核的相应值高出几十倍。此外，氢不仅对于亚 GeV DM 的自旋无关核散射是最优的，对于自旋相关核散射同样最优，而后者仍有大片未受约束的参数空间。在本文中，我们首先介绍富氢晶体，包括水冰、乙炔、蒽、反式芪和萘。这些晶体在动力学激发下发出两类信号。一类信号是红外光子，来自分子的光学活性基频振动模式，处于相应的特征波长。另一类是声学声子，以及衰变为声学声子的光学声子。然后我们讨论低临界温度跃迁边沿传感器（TES）探测器的技术现状与未来研究，该探测器以理想的灵敏度测量单红外光子和少量声学声子通量。通过理论建模筛选富氢晶体以优化科学探测范围，研发用于读出的超灵敏低临界温度 TES 探测器，并实验表征所选富氢晶体中光子与声子的输运性质，可以构建直接探测实验来测量轻 DM 粒子大片未探索的参数空间。
引用
@article{arxiv.2201.04219,
title = {Light Dark Matter Detection with Hydrogen-rich Crystals and Low-Tc TES Detectors},
author = {G. Wang and C. L. Chang and M. Lisovenko and V. Novosad and V. G. Yefremenko and J. Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2201.04219},
year = {2022}
}
备注
Contribution to Snowmass 2021