探测基于宇宙射线提升和超新星来源的亚 GeV 次标暗物质

质量远低于 GeV 标的天体暗物质粒子由于在我们银河系星系中速度较低，难以通过常规的核减离子实验检测。弹性散射于高能宇宙射线或热力学产生于核心崩溃超新星内部可将亚 GeV 级暗物质加速至（半）相对论速度，产生超过古生探测器可记录的 keV 阈值以上的核减离子能量。以橄榄石为靶标，考虑 100$\,$g$\cdot$Gyr 的暴露量，我们计算了此类（半）相对论暗物质通量的轨迹长度分布，纳入所有主要背景 (中子、铀链中子、镱减离子)，并对 Asimov 数据集进行统计分析。我们推导出暗物质-核子交叉截面在几 MeV 至几百 MeV 范围内的 95% 置信区间投影灵敏度。我们的结果表明，古生探测器能够探测到当前和近期面向暗物质和中子探测实验所覆盖的大范围参数区域。特别是，古生探测器能够在地质时间尺度上记录来自银河系超新星事件的暗物质通量。这种累积暴露量相较于常规实验可实现数个数量级的灵敏度提升。