neutrino屋顶：暗物质直接探测中的单散射上限

我们确定了通过单散射“WIMP”搜索探测到的暗物质最大横截面。由于散射数目泊松波动，单散射上限随着重质暗物质的质量呈对数形式放大，常常位于多散射搜索所覆盖的区域。我们使用广义的单散射事件率公式，将WIMP搜索重新表述为以 quintal-to-tonne 规模的探测器（XENON1T、XENONnT、LZ、PANDAX-II、PANDAX-4T、DarkSide-50 和 DEAP-3600）为基础的上限和下限，直至几乎 $10^{17}$ GeV 的质量和 $10^{-22}$ cm$^2$ 的原子核横截面。我们针对相干散射、几何散射、异构违规的拟人化散射和拟人化散射，以及中子-单独和质子-单独的自旋依赖散射进行研究。未来的大暴露度探测器将注册几乎不可归约的大气中子背景，这将确定暗物质灵敏度的上限，我们将其称为“neutrino屋顶”，以此类推于已广泛研究的“neutrino底”。考虑到这一背景，我们估算了 10-100 吨规模 DarkSide-20k、DARWIN/XLZD、PANDAX-xT 和 Argo 的探测能力，这些探测器将探索直至普朗克质量的许多年代的未约束参数空间，以及与中子实验室协同作用的 $10^3-10^4$ 吨规模的纯气体探测器。