古探测器搜寻暗物质的新的灵敏度预测

古探测器是一种提议用于搜寻暗物质（DM）的实验技术。不同于运行吨级实时探测器搜寻 DM 诱导的核反冲的传统方法，古探测器利用地球上自然存在、深埋地下（$\gtrsim 5$ km）的小岩石样本，在 $\mathcal{O}(1)$ Gyr 时间内累积反冲原子核造成的核损伤径迹。现代显微技术有望以纳米分辨率在宏观样本中读出核损伤径迹。凭借其 $\mathcal{O}(1)$ Gyr 的积分时间，古探测器可构成具有 keV 反冲能量阈值和 100 千吨·年曝光的核反冲探测器。这一组合将使古探测器能够探测比传统直接探测实验现有上限低数个量级的 DM-核子截面。在本文中，我们使用改进的本底建模和新的能谱分析技术更新了古探测器的灵敏度预测。我们展示了灵敏度预测对以下因素的鲁棒性：样本年龄及控制本底的参数的（缺乏）辅助测量、本底能谱形状的系统误建模，以及矿物样本的放射纯度。具体而言，我们证明即使古探测器样本中的铀浓度为 $10^{-8}$（按重量计），比我们从超基性岩或海洋蒸发岩沉积中获得的最放射纯样本中预期值大许多个量级，古探测器仍可能探测到低于当前极限的 DM-核子截面。对于 $\lesssim 10$ GeV/$c^2$ 的 DM 质量，古探测器的灵敏度仍可能一路下探至基于 Xe 的直接探测实验中的传统中微子地板。