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Study of the AMS-02 results. 毕效 军 中国科学院高能物理研究所. AMS02 于 2011 年 5 月 16 日发射升空, 5 月 19 日安装到空间站上开始物理取数。. STS-134 launch May 16, 2011 @ 08:56 AM. AMS02. AMS02 由丁肇中教授领导,参加实验的科学工作者来自美洲,欧洲和亚洲的 16 个国家(地区),共有 60 个大学或研究机构, 600 多人,目前投资约 15 亿美元。. 中科院电工所 中科院高能所 东南大学 上海交大 中山大学 山东大学 航天部一院

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Presentation Transcript
study of the ams 02 results

Study of the AMS-02 results

毕效军

中国科学院高能物理研究所

海峡两岸粒子物理与宇宙学研讨会,太平湖轩辕国际大酒店,

2014-5-5~10

slide2
AMS02于2011年5月16日发射升空,5月19日安装到空间站上开始物理取数。AMS02于2011年5月16日发射升空,5月19日安装到空间站上开始物理取数。

STS-134 launch May 16, 2011 @ 08:56 AM

ams02
AMS02

AMS02由丁肇中教授领导,参加实验的科学工作者来自美洲,欧洲和亚洲的16个国家(地区),共有60个大学或研究机构,600多人,目前投资约15亿美元。

中科院电工所

中科院高能所

东南大学

上海交大

中山大学

山东大学

航天部一院

航天部五院

中央研究院

汉翔航空工业公司

中山科学研究院

中央大学

成功大学

交通大学

国家太空中心

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AMS

p

AMS02是国际空间站上唯一大型科学实验,将长期在轨运行

TRD

TOF

e+

p

Tracker

e+

TOF

RICH

ECAL

AMS物理目标:暗物质寻找

AMS物理目标:寻找反物质

AMS物理目标:带电宇宙线的精确测量

slide5

需要定量、精准理解背后的物理

开启了精确宇宙线研究

global fitting to the ams 02 data
Global fitting to the AMS-02 data
  • 正电子比在高于10GeV是上升的,这无法用通常的宇宙线物理解释,需要额外的正电子源,通常考虑脉冲星等天体源和暗物质产生的源。
  • 我们通过拟合AMS-02数据获得正电子起源的信息,包括宇宙线本底的性质和额外源(脉冲星或暗物质)的性质
bkg pulsar or dm

源+ 传播 = 观测

Bkg+pulsar (or DM)拟合数据

拟合采用MCMC的方法,可以加快收敛速度。

宇宙线传播通过Galprop计算,输入以上参数,结果和AMS-02的数据对比。

slide9
数据
  • AMS02 正电子比
  • PAMELA 电子谱,质子谱
  • Fermi/HESS的总电子谱

两个源拟合三组数据

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结合AMS02/Fermi-LAT测量得到的正负电子结果,考虑(连续分布)脉冲星和暗物质作为额外正负电子源,利用MCMC+GALPROP程序拟合数据结合AMS02/Fermi-LAT测量得到的正负电子结果,考虑(连续分布)脉冲星和暗物质作为额外正负电子源,利用MCMC+GALPROP程序拟合数据

  • 脉冲星
  • 暗物质湮灭
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It seems pulsar can fit data roughly. However, the χ2/dof=1.8; 6σ deviates from expectaion. Fermi data is not consistent with the AMS02 data. We fit without including the Fermi data. χ2/dof=52/80; perfect fit to data!

Yuan, Bi, Chen, Guo, Lin, Zhang, 1304.1482

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Fermi data has systematic errors?

Fermi has a 5%-10% uncertainty of absolute energy scale, this induce a 10~20% in flux

F ~ E-Γ

We give other two simulations: include the Fermi/HESS systematic errors; not include Fermi data at all.

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宇宙线中的电子加正电子能谱

与以往实验的比较

AMS-02重要结果:

以前的实验结果是错误的

流量 x E3 (s sr m2 GeV)-1

能量(GeV)

ams02 fermi 2 dof 3 3 fermi tau
对暗物质,存在同样的问题(AMS02-Fermi),χ2/dof=3.3 ;去掉Fermi后tau末态可以给出很好的拟合
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拟合结果的总结:Fermi和AMS存在tension;不含Fermi数据,pulsar/DM(tau)不能区分;到mu末态的拟合要差拟合结果的总结:Fermi和AMS存在tension;不含Fermi数据,pulsar/DM(tau)不能区分;到mu末态的拟合要差

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能谱分析:为什么暗物质拟合不好

暗物质湮灭产生的正电子能谱太硬,难以拟合数据

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WW

bb

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伽玛射线和反质子的限制

Yuan, Bi, Chen, Guo, Lin, Zhang, 1304.1482

See also, Jin, Wu, Zhou, 1304.1997

Cholis, Hooper, 1840

ams021
AMS02数据拟合
  • AMS-02的正电子比数据和Fermi的总谱数据有tension
  • 用天体起源的正负电子能够很好解释AMS02数据
  • 暗物质湮灭到tau, W, q末态也可以拟合AMS02的数据,但受到其他观测(伽马射线、反质子流强)的强烈限制
  • 也许暗物质模型比我们想象的要更加复杂
interpret data with pulsars yin et al 1304 4128
Interpret data with pulsarsYin et al.1304. 4128

Index ~ 2, softer than before to fit PAMELA. Therefore larger total injection power.

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对拟合过程中系统误差的理解
  • 传播系数(PAMELA数据的拟合)
  • 低能数据处理
  • 相互作用模型
  • 有break的能谱能够拟合数据
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结论
  • AMS02实验为高能天体粒子物理研究开启了精确研究的时代,我们可以开展定量研究
  • AMS02的正电子比数据与Fermi电子谱结果有tension
  • Pulsar/DM(tau)均可完美解释AMS数据,但暗物质受到非常严格的限制;期望更多数据区分暗物质、天体起源
  • 对各种传播中的误差的系统研究表明,对于额外源的性质基本可以确定,参数(如m_DM)的差异在2倍的范围内。