探测暗物质的设想.ppt

Guoming CHEN 探测暗物质的设想 陈国明 中科院高能所 2005年2月1日 暗物质有多个候选者,这里只想验证: 最小超对称粒子, neutralino, χ 是否就是暗物质 χ的相互作用 散射: χq → χq 湮灭线： 　　　??→??:　Eγ= mχ 　　??→Z?: 　Eγ= mχ（1-mz2/4 mχ2） 连续谱： 　　　??→f fbar, WW, ZZ, ZH,… 反质子、正电子和γ（来自π0）在与 mχ 相关的某个区域出现抬高　 通过湮灭线探测暗物质 ? 的质量和湮灭截面 质量的不确定性 30GeV﹤mχ﹤340TeV，30GeV以下已被实验排除。 ??的湮灭截面的理论计算取决于参数的选取。 χ的分布 子结构成团过程 探测湮灭线的要求 能量分辨高 视野宽 面积大 粒子识别能力强 有效几何因子=视野x面积x效率 地面探测:切仑柯夫望远镜 地面探测:广延大气簇射阵列 我国羊八井的ARGO可以说是其代表，对于暗物质探测，其优点是: 面积大; 视野宽; 可采用巡天模式, blind search 缺点是: ?/p的区分较差，约为10-1，? /e 不分，能量分辨差(100%)，能量的刻度困难. 地面探测小结 太空实验:GLAST 太空实验:AMS02 太空实验:CALET 太空实验小结 既能作blind search(大视野,巡天) 又能测量湮灭线(能量分辨高) 关键在于 几何因子 国内实验基础分析 地面: 切仑柯夫望远镜, 没有基础; 广延大气簇射阵列,羊八井 太空: 高能所参加AMS合作,设计制作 电磁量能器; 紫台参加ATIC, CALET合作 设想一在太空观测湮灭线 能量分辨:5% 能区:30GeV—300TeV 几何因子: 10m2sr 比GLAST大10倍 比CALET大20倍 比AMS02大100倍 重量: 在发射能力以内 探测器的概念设计 量能器构造 HEGARD 名称: High Energy Gamma Ray Detector 简称: HEGARD 尺寸: 158cm?158cm?63cm 重量：6吨 轨道高度: 大于4500 公里, 竖立,两面都能接 收 在轨时间: 3年 能量测量 厚度：25 r.l. 三维读出 横向纵向泄漏修正 范围: 30GeV—300TeV 能量分辨：优于5% AMS02 量能器的经验(16r.l. 束流测试结果）： 方向测量 三维读出， 重建簇射 方向 测量精度：优于0.5o 电磁簇射与强子簇射的区分 模拟结果 模拟结果 带电粒子与中性粒子的区分 几何因子 实际上6个面都能接收光子，但考虑到卫星等服务设施的遮挡，只计算上下两面。 1.3?1.3?2???0.9?10.08 m2sr 其中0.9为光子的效率。 与GLAST对比 与CALET对比 与AMS02对比(湮灭线部分) 小结 设计具有先进性: 用相对轻的重量获得大的接收度。 机遇 比GLAST, AMS02, CALET 具有大得多的能力测到暗物质 HEGARD 将是30GeV—300TeV能段最大的望远镜,可能有意想不到的收获 对国力和发射能力有信心 挑战 探测器: 能量饱和 卫星: 用电量, 数据率 火箭: 大重量, 高轨道 也是对技术进步的推动 风险 SUSY 错误,χ不存在 湮灭截面太小 其它实验先发现,作为第二发现者，意义不大 分步决策, 降低风险 蒙特卡罗模拟, 改进设计 制作小模型，技术储备. 2006--2010 RD, 样品制作, 可行性研究 2010--2015 制作飞行件，发射上天 2017 可探测的粒子 光子 电磁中性 电子和反电子 电磁带电 长寿命中性强子 强子中性 各种原子核 强子带电 其它物理目标 长寿命中性强子 利用 ? 爆 探测量子引力效应,研究暗能量 弥散?能谱 电子能谱 ?点源 宇宙线成份 长寿命中性强子 中性强子: 中