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基于氦晶体的次MeV至次GeV低质量暗物质探测

高能物理 - 唯象学 2025-11-12 v1

摘要

我们报告了一种氦晶体声子到电荷转化器,其集成了慢声子声子晶体(PnC)区域与射频量子点触点(RF-QPC)读出,工作于4 K,并评估了其暗子探测范围。一种校准的信号收集模型,结合了几何引导、传播保存与多重性助力的初级声子检测,提供了10310210^{-3}-10^{-2} eV范围内的选区校正阈值,并通过纳秒计时门和GHz带宽功率谱密度窗口构建背景模型。在标准halo假设下,100 g模块实现次MeV至次GeV范围内(mχ[0.01,100] MeV/c2m_\chi \in [0.01,100]\ \mathrm{MeV}/c^{2})的DM-电子与DM-核散射探测灵敏度,探测截面低于1043 cm210^{-43}\ \mathrm{cm}^{2}。我们报告了重介子(FDM=1F_{\rm DM}=1)与轻介子(FDM1/q2F_{\rm DM}\propto 1/q^{2})两种基准的灵敏度,量化了主导系统误差(阈值、声子品质因子Q以及散粒缺陷密度),并概述了面向kg\cdotyr暴露量的分阶段计划,从而开始测试接近太阳CEν\nuNS背景的模型。

关键词

引用

@article{arxiv.2511.08329,
  title  = {Probing low-mass dark matter from sub-MeV to sub-GeV with germanium-based quantum phononic spectroscopy},
  author = {D. -M. Mei and N. Budhathoki and S. A. Panamaldeniya and K. -M. Dong and S. Bhattarai and A. Warren and A. Prem and S. Chhetri},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2511.08329},
  year   = {2025}
}

备注

19 pages, 12 figures