下一代半导体探测器对亚GeV暗物质的预期灵敏度

我们计算了未来使用锗和硅半导体靶的直接探测实验对亚GeV质量范围内暗物质(DM)粒子的预期灵敏度。我们在DM-电子相互作用的暗光子模型内，使用似然比作为检验统计量、蒙特卡洛模拟以及我们从近期实验数据中提取的本底模型进行该计算。我们以DM-电子散射截面值呈现结果，这些截面值用于在统计显著性$\mathcal{Z}$对应3或5个标准偏差下拒绝仅有本底假设而支持本底加DM信号假设。我们还测试了在改变支配银河系中DM局域空间与速度分布的天体物理参数时我们结论的稳定性。在最佳情形下，当曝光量为$50$ kg-year的高电压锗探测器和曝光量为$1$ kg-year、暗电流速率为$1\times10^{-7}$ counts/pixel/day的CCD硅探测器同时报告DM信号时，我们发现与$\mathcal{Z}=3$($\mathcal{Z}=5$)相容的最小截面值对于接触相互作用约为$8\times10^{-42}$ cm$^2$($1\times10^{-41}$ cm$^2$)，对于长程相互作用为$4\times10^{-41}$ cm$^2$($7\times10^{-41}$ cm$^2$)。我们的灵敏度研究在背景模型、统计方法以及对潜在天体物理不确定性的处理方面扩展并改进了先前工作。