利用γ射线TES阵列探测180mTa的内转换和暗物质诱导退激

我们提出并评估了一种源-探测器搜索方案，利用γ射线过渡边缘传感器(TES)阵列探测天然钽(Ta)中长寿命同核异能素$^{180\mathrm{m}}\mathrm{Ta}$的退激。我们利用了传统高纯锗(HPGe)搜索所不具备的两种能力：(i) 对低能次级粒子（内转换电子和特征X射线）以及核反冲的近单位包容性，从而实现对吸收体中沉积总能量的量热式、逐事件测量；以及(ii) 基于后续${}^{180}$Ta电子俘获(EC)衰变到${}^{180}$Hf的延迟符合标记。我们评估了在两种基准情景下内转换(IC)和暗物质诱导退激的$3\sigma$发现潜力：强相互作用暗物质(DM)子组分和具有非对角耦合的非弹性DM。利用基于Ta吸收体中固有放射性的背景模型和实际的探测器性能，我们表明，具有$N_{\mathrm{TES}}=256$和$1{,}000$像素的阵列可以分别在$2.6$年和$0.66$年内达到理论上预期的IC半衰期。对于具有$N_{\mathrm{TES}}=10^4$像素和五年曝光的阵列，对DM诱导退激的预计灵敏度超过了从HPGe对${}^{180\mathrm{m}}$Ta的非观测推断出的上限，并探测了当前直接探测实验未覆盖的参数空间区域。