低阈值暗物质与中微子探测器中低能事件的来源

我们讨论了亚 GeV 暗物质搜寻中的若干低能本底，它们源自宇宙或放射性起源的高能粒子与探测器材料的相互作用。我们特别关注切伦科夫辐射、渡越辐射以及电子-空穴对复合产生的发光或声子，并表明这些过程在当前与规划中的探测器都是重要的本底来源。我们基于多种探测策略与屏蔽水平，对若干现有和提议实验中的这些本底进行了详细分析。我们发现，SENSEI 2020 运行中所观测到的大部分单电子事件起源于 Skipper 电荷耦合器件中高能事件产生的切伦科夫光子，以及同一仪器磷掺杂层中复合产生的光子。在 SuperCDMS HVeV 2020 运行中，传感器附近印刷电路板产生的切伦科夫光子很可能解释了大多数含 2 至 6 个电子事件的起源。在 SuperCDMS SNOLAB，其探测器铜侧壁内部或之上的 Cirlex 内放射性污染物将产生许多切伦科夫光子，可能主导低能本底。对 EDELWEISS 实验，切伦科夫或发光本底弱于其观测事件率，但仍可能限制其未来搜寻的灵敏度。我们还指出，切伦科夫辐射、渡越辐射与复合可能是未来旨在通过闪烁或声子信号探测暗物质实验的重要本底来源。我们也讨论了结果对超导量子比特开发及相干中微子散射低阈值搜寻的意义，并评论可实施的减轻这些本底的设计策略。