暗物质直接探测实验对有效 WIMP-核耦合的当前与预期灵敏度

假设弱相互作用大质量粒子（WIMPs）在银河系中具有麦克斯韦速度分布，我们以系统的方式探究一组广泛的现有与规划中的暗物质（DM）直接探测实验对 14 种耦合的相对灵敏度，这些耦合参数化了由伽利略不变性允许的最一般非相对论（NR）有效哈密顿量，用于自旋 1/2 的 WIMPs 与原子核的弹性散射接触相互作用。我们以两个自由参数进行分析：WIMP 质量 $m_{\chi}$ 以及 WIMP-中子与 WIMP-质子耦合之比 $c^n/c^p$。我们在确定上限时（例如在本底扣除或最优区间方法应用的情形下）纳入了由非标准相互作用引起的修正信号谱形。对于每种耦合，在 $m_{\chi}$-$c^n/c^p$ 平面上，我们给出对 WIMP-核子截面的最严格 90% C.L. 上限的等高线图，并标明提供该上限的实验。我们还引入了 NRDD_constraints，一个用 Python 编写的简单插值代码，可针对每种 NR 耦合获得作为 WIMP 质量 $m_{\chi}$ 和耦合比 $c^n/c^p$ 函数的上限数值。我们发现，在分析考虑的 14 个当前暗物质搜寻实验中，有 9 个实验在给定 $(m_{\chi},c^n/c^p)$ 选择下对某些有效耦合提供了最严格上限：这证明了当 DM 搜寻扩展到广泛可能的相互作用时，不同靶核和/或计数率与能量阈值的组合具有互补性。