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空间观测 暗物质粒子 紫金山天文台 高能所

空间观测 暗物质粒子 紫金山天文台 高能所. 暗物质粒子产生电子和正电子 1) χ+χ e + + e - 1) χ+χ  W + +W -  e + +ν e+ + e - + ν e- 2):χ+χ  Z 0 +Z 0  2e + +2 e -. SUSY M. Kamionkowski and M. S. Turner, Phys. Rev. D43,1774,1991. 伽玛射线 1) χ+χ γ+γ 2):χ+χ  Z 0 +γ E γ=m x -M z 2 /4m x. Kaluza-Klein (KK) particle

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空间观测 暗物质粒子 紫金山天文台 高能所

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Presentation Transcript

  1. 空间观测 暗物质粒子 紫金山天文台 高能所

  2. 暗物质粒子产生电子和正电子 1) χ+χe++ e- 1) χ+χ W++W - e++νe++e-+ ν e- 2):χ+χ Z0+Z 0 2e++2 e- SUSY M. Kamionkowski and M. S. Turner, Phys. Rev. D43,1774,1991

  3. 伽玛射线 1) χ+χγ+γ 2):χ+χ Z0+γ E γ=mx-Mz2/4mx

  4. Kaluza-Klein (KK) particle J. L. Feng, et al., Phys. Rev. Lett. Vol 91, 011302

  5. 我们希望通过高分辨观测高能电子 和伽玛射线来寻找暗物质粒子

  6. 高能电子及伽玛观测的难点：本底 电子流量低，谱软（-3.3) 质子流量高，谱硬（-2.75) Diffuse Gamma-ray Proton 伽玛电子区分>10 电子 质子区分>104

  7. 现行观测高能电子及伽玛的方法 • 电子<100 GeV 磁谱仪(功耗高，重量大，只能到100GeV） • 电子>100 GeV 目前只有乳胶室数据 • 伽玛射线 电子对望远镜

  8. 目前高能电子及伽玛的观测状况 小于100GeV多个实验，但数 据差别有200％倍 高于100GeV只有EC及ATIC 高于1TeV总的电子数小于10 高能伽玛射线观测很 少，高能只到30GeV

  9. ATIC 观测高能电子 电子和伽玛 科学目标： 宇宙线 ATIC 2002 2003两次南极长周期观测，观测时间36天

  10. 2000年CERN标定实验，证明其电子观测能力 利用大气伽玛射线来选择电子事件

  11. 5σ

  12. EC 30 years BETS 2004

  13. 气球观测的问题： 大气本底 EC: 8mb 60o

  14. 乳胶室空间观测

  15. 乳胶室如何得到电子信号 • 作用顶点分析 （电子都是3 径级和5径级）

  16. 如何得到电子能量 • 电磁级联簇射轮廓分析：不同能量的电子产生不同的轮廓，能量分辨本领可以达到15%

  17. 乳胶室抑制本底水平分析 • 质子作用和能量飘移(ApJ 280, ApJ552) 至少1/100 • 作用顶点分析 （ApJ 280) 至少 1/500 合计 1/50000 质子本底

  18. 空间观测的优点 • 暴光时间合适（返回舱7-14天） • 没有大气 • 舱物质靠近探测器，次级本底可以通过地面乳胶室图象分析全部扣除

  19. 探测器方案

  20. 探测器重量与几何因子的关系 ATIC 36 days, only about 140

  21. 高精度分析 与日本OPERA中微子组合作， 可以观测10GeV的电子 （以前只能>200GeV), 分析精度可以提高3倍

  22. 乳胶室观测费用低，本底低，高精度分析技术 40X50cm

  23. 卫星观测

  24. 高空间分辨及能量分辨的电子及伽玛射线望远镜高空间分辨及能量分辨的电子及伽玛射线望远镜

  25. 探测器有两部分组成： 高位置分辨图象量能器(1mm) 高能量分辨BGO量能器 Total=0.3m2sr IMC 2r.l.Pb BGO TASC

  26. 通过观测电磁级联两维簇射来区分质子、电子、伽玛射线通过观测电磁级联两维簇射来区分质子、电子、伽玛射线 该方法可以大大节省仪器重量、功耗 300 GeV electron 1. TeV Proton 300GeV Gamma 2-D shower image in detector

  27. 探测器抑制质子本底 Trigger: 100 IMC: 50 BGO: 100 Total >5X105

  28. 触发 • 10%质子与探测器上部发生作用 （通过触发模式，抑制90%的本底） • 只有30%的质子动能被量能器测到 （质子的流量可以降低90%） 两者相加，本底抑制100倍

  29. 图象量能器 通过分析图象量能器中的图象，可以将质子本底抑制50倍以上

  30. BETS飞行结果 There are many code for Hadron and electron simulation GEANT3 FLUKA2002 EPIC GEANT4 We have compared the simulation result with Beam test and flight data (see OG1-P-101 ) Fluka2002 is the best to simulate the electron and proton shower in the calorimeter

  31. 通过分析BGO中的shower参数，可以将本底再抑制100倍通过分析BGO中的shower参数，可以将本底再抑制100倍

  32. 1000,000质子模拟 • 10个质子像电子 • 质子本底水平：10*1000,000/10=1000,000 • (even considering the M.C.Simulation reliability,105) • The electron detection eff >90%

  33. 载荷重量：600Kg 功耗： 300W 轨道： 500Km 15000探测器 如果只有BGO 重量；400kg 探测器：1200

  34. 伽玛天文

  35. 宇宙线起源，传播

  36. Expected 3 years observation

  37. 与其他大项目的区别

  38. 目前状况 • 乳胶室（种子卫星） 5kg • 小卫星 关键技术攻关

  39. 2003 CERN Calibration 光纤 BGO 数据接受系统 Beam

  40. 谢谢

  41. AMS • 探测器：TRD E-M IC • TRD β>1000 电子1000 β=0.5GeV 质子1000 β=1TeV E-M

  42. Vela 0.25kpc Vela 0.50kpc

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