Trotz intensivem experimentellem Aufwand bleibt die Identifizierung der Natur von Dunkler Materie eines der großen ungelösten Probleme des 21. Jahrhunderts. Eine der vielen Methoden zur Suche nach dunkler Materie stellen direkte Detektionsexperimente dar, in denen dunklen Materie Teilchen direkt mit Standardmodellteilchen im Detektormaterial interagieren. Das bisherige Ausbleiben eines Nachweises dunkler Materie in direkten Detektionsexperimenten, zusammen mit Einschränkungen aus indirekter Detektion und Teilchenbeschleunigern, schränkt den verfügbaren Parameterraum der dunklen Materie um einen nicht trivialen Teil ein. Diese Tatsache erfordert, unter anderem, ein Überdenken derzeit angenommener Wechselwirkungsprozesse zwischen Dunkler Materie und Teilchen des Standardmodells. In dieser Arbeit werden im Vordergrund der direkten Detektion Szenarien untersucht, in denen ein Dunklen Materie Teilchen über zwei Mediatoren mit Teilchen des Standardmodells interagiert. Die Interaktion via Vektor- und Skalar-teilchen, sowie Kombinationen dieser, werden analysiert, wobei in allen Modellen einem Mediator eine größere Masse zugewiesen wird als dem anderen. Wird der Wechselwirkung zwischen Dunkler Materie und ein zweiter Mediator hinzugefügt, so enthält die quadratischen Streuamplitude einen Interferenzterm. Es wird gezeigt, dass dieser Interferenzterm zu einer reichen Phänomenologie des „bi-portal“ Modells und neuartigen Signaturen in den Verteilungsspektren der Rückstoßenergie führt. Detektorspezifischer Parameter, wie die Energieauflösung, werden in den Berechnungen berücksichtigt und es wird so gezeigt, dass diese Signaturen für aktuelle und zukünftige direkte Detektionsexperimente nachweisbar sein sollten. Unter Verwendung eines Likelihood-Quotienten-Tests zeigen wir einen möglichen Bereich von Massen für Dunkle Materie und Mediatoren, sowie Kopplungskonstanten, für welche sich die Ausschlussgrenzen von „bi-portal“-Modellen erheblich von Modellen mit Interaktion über einen einzelnen Mediator unterscheiden.

Despite intense effort in the experimental frontier, determining the nature of dark matter remains to be one of the unsolved problems in the 21st century. Among the ways to search for dark matter, an important avenue is given by direct detection experiments, where dark matter particles scatter off Standard Model particles in the targets of detectors. The absence of a dark matter signal at current direct detection experiments, together with constraints from indirect detection and collider searches, has already excluded a non-trivial portion of the dark matter particle parameter space. This calls for a reconsideration of the currently assumed dark matter-Standard Model particle interaction processes. In the context of direct detection, we explore scenarios where a dark matter particle interacts with Standard Model particles via two mediators. Both vector and scalar mediators, as well as mixtures thereof, are considered with one mediator being heavier than the other one in all cases. Adding a second mediator to the dark matter - Standard Model interaction leads to interference terms in the squared scattering amplitude. We show that this interference term leads to a rich phenomenology of the bi-portal model and novel signatures in differential recoil spectra. Taking detector specific parameters into the calculations, we argue, that detecting these signatures is at reach for current and proposed direct detection experiments. Using a profile likelihood ratio approach, we show a possible range of dark matter and mediator masses, as well as mediator couplings, where exclusion limits from bi-portal models differ from single mediator models.