探测暗物质设想课件

探测暗物质设想31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不穿。(名言网)32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者的牢骚，这是羊群中的瘟疫，我不能被它传染。我要尽量避免绝望，辛勤耕耘，忍受苦楚。我一试再试，争取每天的成功，避免以失败收常在别人停滞不前时，我继续拼搏。33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命就永远只能是死水一潭。34、当你眼泪忍不住要流出来的时候，睁大眼睛，千万别眨眼!你会看到世界由清晰变模糊的全过程，心会在你泪水落下的那一刻变得清澈明晰。盐。注定要融化的，也许是用眼泪的方式。35、不要以为自己成功一次就可以了，也不要以为过去的光荣可以被永远肯定。的质量和湮灭截面质量的不确定性 30GeVm340TeV，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。2024/6/232024/6/236 6Guoming CHEN Guoming CHEN 的分布MooreNFW2024/6/232024/6/237 7Guoming CHEN Guoming CHEN 子结构成团过程 毕效军提供2024/6/232024/6/238 8Guoming CHEN Guoming CHEN 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2024/6/232024/6/239 9Guoming CHEN Guoming CHEN 地面探测:切仑柯夫望远镜能区:10GeV10TeV能量分辨:大约15%/p分辨:10-210-3/e分辨:不能视野 :约为3o,只能定点只能定点探测面积:大探测时间:晴好无月的夜晚2024/6/232024/6/231010Guoming CHEN Guoming CHEN 地面探测:广延大气簇射阵列 我国羊八井的我国羊八井的ARGOARGO可以说是其代表，对于暗物质可以说是其代表，对于暗物质探测，其优点是探测，其优点是:面积大面积大;视野宽视野宽;可采用巡天模式可采用巡天模式,blind search,blind search 缺点是缺点是:/p/p的区分较差，约为的区分较差，约为1010-1-1，/e/e 不分，不分，能量分辨差能量分辨差(100%)(100%)，能量的刻度困难，能量的刻度困难.2024/6/232024/6/231111Guoming CHEN Guoming CHEN 地面探测小结切仑柯夫望远镜切仑柯夫望远镜:不能作blind search广延大气簇射阵列广延大气簇射阵列:不能测湮灭线不能测湮灭线2024/6/232024/6/231212Guoming CHEN Guoming CHEN 太空实验:GLAST既能作blind search,又能测量湮灭湮灭线线(能量分辨能量分辨12%)12%)但仅限于但仅限于300GeV 300GeV 以以下下GF:0.9mGF:0.9m2 2srsr2024/6/232024/6/231313Guoming CHEN Guoming CHEN 太空实验:AMS02通过反质子、正电子通过反质子、正电子的能谱探测暗物质的能谱探测暗物质GF:0.5 mGF:0.5 m2 2srsr能区能区:1GeV2TeV:1GeV2TeV通过湮灭线来探测暗通过湮灭线来探测暗物质物质 GF:0.12 m GF:0.12 m2 2srsr能区能区:1GeV2TeV:1GeV2TeV能量分辨能量分辨:3%:3%2024/6/232024/6/231414Guoming CHEN Guoming CHEN 太空实验:CALET通过湮灭线来探测暗物质 GF:0.5m2sr能区:20MeV-20TeV2024/6/232024/6/231515Guoming CHEN Guoming CHEN 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2024/6/232024/6/231616Guoming CHEN Guoming CHEN 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2024/6/232024/6/231717Guoming CHEN Guoming CHEN 设想一在太空观测湮灭线能量分辨:5%能区:30GeV300TeV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2024/6/232024/6/231818Guoming CHEN Guoming CHEN 探测器的概念设计 1.65m*1.65m*0.65m 25 r.l.5m2sr 5000kg HEGARD(High Energy Gamma ray Detector)2024/6/232024/6/231919Guoming CHEN Guoming CHEN 量能器构造25层13000道2024/6/232024/6/232020Guoming CHEN Guoming CHEN HEGARD名称:High Energy Gamma Ray Detector简称:HEGARD 尺寸:158cm158cm63cm 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 2024/6/232024/6/232121Guoming CHEN Guoming CHEN 能量测量厚度：厚度：25 r.l.25 r.l.三维读出三维读出 横向纵向泄漏修正横向纵向泄漏修正范围范围:30GeV300TeV :30GeV300TeV 能量分辨：优于能量分辨：优于5%5%AMS02 AMS02 量能器的经验量能器的经验(16r.l.(16r.l.束流测试结果）：束流测试结果）：80TeV:17r.l.2024/6/232024/6/232222Guoming CHEN Guoming CHEN 方向测量三维读出，三维读出，重建簇射重建簇射 方向方向测量精度：优于测量精度：优于0.50.5o o AMS02 AMS02 量能器量能器 束流测试结果束流测试结果2024/6/232024/6/232323Guoming CHEN Guoming CHEN 电磁簇射与强子簇射的区分塑料橡胶：用来慢化次级中子外层含硼闪烁体：探测慢中子 n+10B7Li+和 在含硼闪烁体中产生输出电磁簇射：很少产生次级中子强子簇射：产生大量次级中子（1TeV的质子入射，簇射以后产生约1000个次级中子）2024/6/232024/6/232424Guoming CHEN Guoming CHEN 模拟结果在B-loaded scintilllator中如果时间比量能器晚10ns 以上，则被认为是次级中子信号2024/6/232024/6/232525Guoming CHEN Guoming CHEN 模拟结果2x10-650万100GeV100GeV2024/6/232024/6/232626Guoming CHEN Guoming CHEN 带电粒子与中性粒子的区分带电粒子：外层闪烁体 着火中性粒子：外层闪烁体 不着火簇射反冲：簇射反冲：被塑料橡胶被塑料橡胶 吸收吸收光子效率：95%电子:10-42024/6/232024/6/232727Guoming CHEN Guoming CHEN 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。1.31.320.910.08 m2sr其中0.9为光子的效率。2024/6/232024/6/232828Guoming CHEN Guoming CHEN 与GLAST对比HEGARDHEGARDGLASTGLAST尺寸尺寸(m)(m)1.58*1.58*0.631.58*1.58*0.631.8*1.8*11.8*1.8*1几何因子几何因子 (m(m2 2 sr)sr)10100.90.9能量能量30GeV300TeV30GeV300TeV20MeV300GeV20MeV300GeV重量重量5000kg 5000kg 25 r.l.25 r.l.3000kg 8.4 r.l.3000kg 8.4 r.l.按照按照GLASTGLAST的设计的设计,要测量要测量30GeV-300TeV 30GeV-300TeV 的的,达到达到10m10m2 2 sr sr的能力的能力,则需则需 9090吨吨2024/6/232024/6/232929Guoming CHEN Guoming CHEN 与CALET对比HEGARDHEGARDCALETCALET尺寸尺寸(m)(m)1.58*1.58*0.631.58*1.58*0.63几何因子几何因子 (m(m2 2 sr)sr)10100.50.5能量能量30GeV300TeV30GeV300TeV20MeV10TeV20MeV10TeV重量重量5000kg 5000kg 25 r.l.25 r.l.2500kg 36 r.l.2500kg 36 r.l.按照按照CALETCALET的设计的设计,达到达到10m10m2 2 sr sr的能力的能力,则则需需 5050吨吨2024/6/232024/6/233030Guoming CHEN Guoming CHEN 与AMS02对比(湮灭线部分)HEGARDHEGARDAMS02AMS02尺寸尺寸(m)(m)1.58*1.58*0.631.58*1.58*0.63几何因子几何因子 (m(m2 2 sr)sr)10100.120.12能量能量30GeV300TeV30GeV300TeV1GeV2TeV1GeV2TeV重量重量5000kg 5000kg 25 r.l.25 r.l.7000kg 16 r.l.7000kg 16 r.l.2024/6/232024/6/233131Guoming CHEN Guoming CHEN 小结设计具有先进性:用相对轻的重量获得大的接收度。2024/6/232024/6/233232Guoming CHEN Guoming CHEN 机遇比GLAST,AMS02,CALET 具有大得多的能力测到暗物质HEGARD 将是30GeV300TeV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2024/6/232024/6/233333Guoming CHEN Guoming CHEN 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2024/6/232024/6/233434Guoming CHEN Guoming CHEN 风险SUSY 错误,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 2024/6/232024/6/233535Guoming CHEN Guoming CHEN 分步决策,降低风险蒙特卡罗模拟蒙特卡罗模拟,改进设计改进设计 制作小模型，技术储备制作小模型，技术储备.2006-20102006-2010R&D,R&D,样品制作样品制作,可行性研究可行性研究 2010-20152010-2015制作飞行件，发射上天制作飞行件，发射上天 2017 2017 估计估计的质量的质量 及及流流量量,优化设计优化设计.如果技如果技术确实可靠则进入第术确实可靠则进入第三步。三步。如果LHC发现超对称粒子，但GLAST，AMS02，MAGIC，VERITAS和其他实验都没有发现，则进入第二步。2024/6/232024/6/233636Guoming CHEN Guoming CHEN 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2024/6/232024/6/233737Guoming CHEN Guoming CHEN 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2024/6/232024/6/233838Guoming CHEN Guoming CHEN 长寿命中性强子中性强子:中子,邻近源如果测到大量中性强子,则突破标准模型 2024/6/232024/6/233939Guoming CHEN Guoming CHEN 利用 爆 探测量子引力效应John Ellis John Ellis 真空性质真空性质 暗能量暗能量2024/6/232024/6/234040Guoming CHEN Guoming CHEN 设想二在羊八井ARGO阵列安插次级中子探测器使得/p 分辨从10-1提高到10-310-4通过连续能谱的抬高的测量推测暗物质的存在寻找点源,确定是否存在子结构,为切仑柯夫望远镜指明方向2024/6/232024/6/234141Guoming CHEN Guoming CHEN 总结 在暗物质探测上面临重大机遇，必须有所行动2024/6/232024/6/234242Guoming CHEN Guoming CHEN 21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。培根22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。韩愈23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。马克思24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。莎士比亚25、学习是劳动，是充满思想的劳动。乌申斯基供娄浪颓蓝辣袄驹靴锯澜互慌仲写绎衰斡染圾明将呆则孰盆瘸砒腥悉漠堑脊髓灰质炎(讲课2019)脊髓灰质炎(讲课2019)