博士论文-暗物质间接探测研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 袁强
|
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2010 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 胡红波 |
| 关键词 | 暗物质 宇宙线 伽玛射线 中微子 间接探测 |
| 学位专业 | 粒子物理与原子核物理 |
| 中文摘要 | 暗物质是宇宙的主要组成成分之一。从其发现至今已有近八十年时间，关于暗物质存在的证据已非常充分。然而毫无例外，这些证据完全来自于引力测量，如星系的旋转曲线、星系团动力学、引力透镜、大尺度结构、微波背景辐射各向异性等。但是关于暗物质的粒子本质我们仍然不得而知。根据大爆炸核合成和宇宙结构形成的研究我们知道暗物质粒子应该是非重子和非相对论性(“冷”)的。粒子物理标准模型里面不具有符合暗物质各种观测特征的粒子。因此暗物质的存在必定联系于超出标准模型的新物理。暗物质问题已经成为现代物理学中最重要也最基本的问题之一。本文研究从宇宙线的角度间接探测暗物质粒子。我们系统性地考查暗物质粒子湮灭或衰变产生的荷电宇宙线粒子、初级和次级辐射光子、以及中微子等信号特征，研究来自于不同地方如银心、暗物质子结构、星系团、以及早期宇宙中的暗物质湮灭或衰变信号。结合最新的宇宙线观测数据，我们给出自洽的暗物质模型解释或者给模型参数设定限制。; 我们侧重研究了暗物质子结构对暗物质湮灭产生宇宙线粒子流强的影响。根据数值模拟给出的真实暗物质子结构分布，我们得到银河系子结构几乎不会对地球上观测的带电粒子流强产生影响。对于伽玛射线和中微子，情况有所不同。子结构对伽玛射线和中微子的流强增强效应是方向相关的，在某些方向上增强可能达到一个数量级以上。我们还考查了银河系暗物质子结构作为点源在伽玛射线和中微子望远镜上的可探测性。对于河外源如星系团，暗物质子结构对湮灭率的增强效应将更加可观，我们对此也做了研究。; 自2008年以来PAMELA、ATIC、PPB-BETS、HESS、Fermi等实验相继报道了对于宇宙线正负电子的最新测量结果，这些实验发现宇宙线正电子和电子谱相比较传统预期的背景均存在高能端超出现象。暗物质是这些超出的非常有吸引力的解释之一。我们从数据角度得到对暗物质性质的模型无关要求，并且构造出适当的暗物质模型以解释正负电子观测数据。我们发现暗物质湮灭或衰变到纯轻子末态将可以很好地拟合观测数据，而且纯轻子末态不产生额外的反质子也和PAMELA观测的反质子数据相符。如果正负电子超出来自于暗物质湮灭的话，湮灭截面需要远大于暗物质热产生的剩余丰度所要求的值。我们研究了可能的产生高湮灭率的机制，包括子结构、Sommerfeld效应、Breit-Wigner效应以及非热产生等。; 伽玛射线是此类纯轻子暗物质湮灭的有力探针。我们通过伽玛射线和别的一些途径检验该暗物质模型的自洽性。我们发现伽玛射线的观测数据，特别是Fermi最新的高质量伽玛射线观测数据，将对湮灭暗物质模型给出很强的限制，不过这种限制是敏感地依赖于暗物质的结构分布的。考虑到我们对暗物质结构认识的不确定度，仍然不能排除暗物质作为正负电子超出来源的解释。; 结合拟合正负电子数据对暗物质模型的要求和来自于伽玛射线的限制，我们提出了一个自恰的解决方案：即暗物质是非热产生的、温的弱相互作用大质量粒子。非热的产生机制可以解释较大的湮灭截面；而温的性质可以避免伽玛射线的限制。这个思路既可以用暗物质湮灭解释正负电子超出的结果，同时也满足现有的实验限制。暗物质湮灭也可以方便地进行模型构造。 |
| 学科主题 | 粒子物理与原子核物理 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2016-02-25 |
| 源URL | [http://ir.ihep.ac.cn/handle/311005/209566]  |
| 专题 | 粒子天体物理中心_学位论文和出站报告 高能物理研究所_粒子天体物理中心 高海拔宇宙线观测站_本单位学位论文 |
| 作者单位 | 中国科学院高能物理研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 袁强. 博士论文-暗物质间接探测研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2010. |
入库方式： OAI收割
来源：高能物理研究所
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