論文の概要: Light Dark Matter Detection with Sub-eV Transition-Edge Sensors
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.10070v1
- Date: Wed, 11 Jun 2025 18:00:02 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-13 15:37:22.365408
- Title: Light Dark Matter Detection with Sub-eV Transition-Edge Sensors
- Title（参考訳）: サブeVトランジションエッジセンサを用いた暗黒物質検出
- Authors: Muping Chen, Volodymyr Takhistov, Kazunori Nakayama, Kaori Hattori,
- Abstract要約: 暗黒物質(DM)を検出するための量子センシングプラットフォームとして,高分解能トランジションエッジセンサ(TES)の解析を行う。
TESは、サブGeV質量範囲における光DMの探索に強力なアプローチを提供する。
ng-月規模の露光でも、未探索のDM電子散乱断面積を10-27$cm$2$以下のサブMeV質量に到達できることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We present a comprehensive analysis of high-resolution transition-edge sensors (TESs) as a quantum sensing platform for detecting dark matter (DM). Operating near the thermodynamic noise limit with sub-eV energy resolution, TESs offer a powerful approach for probing light DM in the sub-GeV mass range. Optical TESs, realized on superconducting films with critical temperatures below 150 mK, achieve energy thresholds below 100 meV and enable precise calorimetric detection of individual energy depositions. We model TES response by incorporating fundamental noise sources and applying optimal filtering techniques, and evaluate their sensitivity across a range of DM interaction channels, accounting for in-medium effects in the target material. We show that even ng-month-scale exposures can reach previously unexplored DM-electron scattering cross sections below $10^{-27}$ cm$^2$ for sub-MeV masses, and can probe the MeV-scale mass range for DM-nucleon couplings. Combining high energy resolution, photon-number sensitivity, and scalability, optical TESs provide a compelling quantum sensing platform for rare-event searches at the intersection of particle physics and quantum metrology.
- Abstract（参考訳）: 暗黒物質(DM)を検出するための量子センシングプラットフォームとして,高分解能トランジションエッジセンサ(TES)を包括的に分析する。
サブeVエネルギー分解能を持つ熱力学ノイズ限界付近で作動するTESは、サブGeV質量範囲における光DMの探索に強力なアプローチを提供する。
光TESは150mK以下の臨界温度の超伝導膜で実現され、100mV以下のエネルギーしきい値を達成し、個々のエネルギー沈着の正確なカロリー測定を可能にする。
我々は,基本雑音源を取り入れ,最適なフィルタリング手法を適用してTES応答をモデル化し,その感度を対象材料中のナトリウム中の影響を考慮に入れながら,様々なDM相互作用チャネルにわたって評価する。
ng-月スケールの露光でも、サブMeV質量に対して10-27}$ cm$^2$以下の未探索のDM電子散乱断面積に達し、DM-核子カップリングのためにMeVスケールの質量範囲を探索できることを示す。
高エネルギー分解能、光子数感度、拡張性を組み合わせることで、光学式TESは、粒子物理学と量子メトロジーの交点における希少領域探索のための魅力的な量子センシングプラットフォームを提供する。
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