我们证明暗物质的最佳证据来自大规模的引力和宇宙学测量。将它们与恒星附近恒星运动的精确测量结合在一起，我们推断必须有暗物质就在这儿在地球附近！不多：每3立方厘米的质量相当于一个氢原子，其密度略低于近空间空间。但这增加了令人兴奋的可能性直接检测暗物质：使用地球上进行的测量值观察天体物理暗物质。

一种标准技术是将巨大的东西埋入地下深处（例如硅，锗或液体氙气），并等待暗物质粒子撞到其中一个成分原子。对于比GEV重的暗物质，散射原子核提供了最佳信号，但是对于Mev尺度的暗物质，核的后退不足以沉积大能量（想想乒乓球击中保龄球）。对于这种较轻的暗物质，原子电子是更好的目标。通过化学告知的靶原子或分子的巧妙选择可以使暗物质激发低至几eV的能量过渡，从而产生闪烁光子或电离电子，可以通过合适的检测器拾取。我以理论家的身份加入了Darkside的合作，并帮助了液体氩的暗物质散射中的一些计算，并与UIUC的Postdoc Ben Lillard以及芝加哥大学和Fermilab的合作者一起，我们制定了有机分子的类似散射率。像苯和跨钢板。

对于更轻的暗物质，我和我的同事们表明我们可以将被称为狄拉克半法的外来材料作为目标。这些是电子在空白空间中像相对论电子一样行为的材料，但速度慢了一千倍。只要这些材料中的电子的移动速度比暗物质慢，它们就可以通过像少数keV一样光线或通过像几eV的光线一样吸收深色物质来激发它们来激发它们。这为检测暗物质开辟了广泛的可能性，这些发现很难看到任何其他检测机制。与UIUC的凝结物质中的同事一起，我目前正在研究其他狭窄的差距半导体作为目标材料，并开发了该实验设计的原型。

所有这些用于暗物质电子散射的检测方法都取决于电子不是自由颗粒的观察：相反，它们与原子结合。更广泛地思考，这意味着暗物质散射速率取决于嵌入电子的凝结物质系统（通常是固体或液体）的细节。因此，对冷凝物理物理学的理解至关重要，因为与用单粒子波形对电子建模相比，多体效应可以大大改变预期速率。一个例子是等离子体，这是半导体中电子的集体振荡，可以解释低阈值直接检测实验中某些诱人的无法解释的过量。另一个例子是migdal效应，即使暗物质粒子仅与细胞核相互作用，也可以从原子中弹出电子。即使是“普通”的核散射在固态探测器中也具有丰富的现象学：由于与周围电子的强烈库仑相互作用，反之后的核甚至可能不像KeV量表以下的能量时表现为自由粒子。我正在积极调查所有这些现象 - 对于低能能下现有的暗物质探测器的行为，我们仍然有很多了解！

参考