有效理论方法中暗物质直接探测的前景

我们首次在由重自旋1或自旋0粒子介导的同标量暗物质-核子相互作用的11维有效理论中，对未来吨级探测器直接探测暗物质的前景进行了全面分析。该理论除了常见的自旋无关和自旋相关算符外，还包括8个动量和速度依赖的暗物质-核子相互作用算符。从理论参数空间中选取的27个多样化基准点，我们模拟了吨级锗和氙探测器的独立合成数据集。然后从合成数据中提取模型参数的边际后验概率密度函数和轮廓似然。相关的贝叶斯可信区域和频率论置信区间使我们能够评估在27个基准点直接探测暗物质的前景。首先，我们假设已知正确的暗物质-核子相互作用类型（如同通常对自旋无关和自旋相关相互作用所做的那样）来分析数据。然后，我们直接从数据中提取暗物质-核子相互作用类型来分析模拟，这与标准分析不同。第二种方法需要对暗物质-核子有效理论的完整11维参数空间进行广泛探索。有趣的是，我们识别出5种场景，其中暗物质质量和暗物质-核子相互作用类型可以同时从数据中重建。我们强调了直接从数据中提取暗物质-核子相互作用类型的重要性，并讨论了解决这个复杂11维问题所面临的主要挑战。