基于AMS-02数据的暗物质间接探测研究 冯磊 (紫金山天文台)
提纲 暗物质存在的证据与暗物质的探测。 对AMS-02正电子数据的分析
暗物质存在的证据：旋转曲线
暗物质存在的证据：引力透镜 1207.0809 Nature
The methods of detecting Dark Matter
暗物质探测 对撞机:LHC等 直接探测：Xenon, CDMS, DAMA, CDEX, PandaX 等 间接探测：Pamela ,ATIC, Fermi, HESS，AMS02，DAMPE等 对撞机:LHC等 c c p e+ n g _ 2019/5/8 6
sources (SNR, nuclear reactions…) 宇宙线的传播方程 sources (SNR, nuclear reactions…) diffusion convection (Galactic wind) diffusive reacceleration (diffusion in the momentum space) E-loss fragmentation radioactive decay ψ(r,p,t) – density per total momentum + boundary conditions
AMS-02: the GIANT in the sky
AMS-02正电子比例的结果 M. Aguilar, et. al., PRL(2013)
我们发现同时去拟合Fermi和AMS-02的数据是困难的。
如何消除这种不一致？ 总体思路就是想一种机制，增大电子的流量，同时不增加正电子的流量。 1. 原初电子能谱变硬 2. Asymmetric 暗物质的衰变
ATIC/CREAM/PAMELA : cosmic ray spectrum hardening CREAM, 2010, ApJ, 714, L89 PAMELA, 2011, Science, 332, 69 ATIC, 2008, ICRC, 2, 31
一个直接但是没人问过的问题: 原初电子的能谱是否也同样有变硬？如果有变硬，那么正电子比例应该会有明显的变平或者压低。 ------- Yi-Zhong Fan
原初电子的能谱有变硬，暗物质湮灭到muon + anti-muon AMS-02 原初电子的能谱有变硬，暗物质湮灭到muon + anti-muon
AMS-02 positron excess: pulsars or pulsars + 100 GeV dark matter? If due to dark matter annihilation, the cross section into electron/positron pairs is ~1E-26 cm^3 s^-1, very typical! Feng, Yang, He, Dong, Fan & Chang (2013) arXiv:1303.0530V3
利用MCMC的方法，我们对暗物质的质量和截面进行了限制。我们发现暗物质湮灭的模型受到很强的限制，而衰变的模型受到的限制比较弱
Qiang Yuan and Xiao-Jun Bi, arXiv:1304.2687
Decaying Asymmetric Dark Matter model Asymmetric Dark Matter 是Dirac费米子，也就是说暗物质和反暗物质是不同的粒子。 只有正的暗物质粒子，而没有反的暗物质粒子。这就需要一个类似重子产生或者轻子产生的过程。 暗物质粒子衰变到muon （再衰变到电子）+ anti-tau（再衰变到正电子）。 Asymmetric暗物质模型的更多内容见综述论文：1308.0338
Decaying Asymmetric Dark Matter model 质量：2.4 TeV 寿命：2.229*10^26 s Lei Feng and Zhaofeng Kang, arXiv:1304.7492，accepted by JCAP
总结 AMS-02和FERMI的数据之间确实存在一定的不一致。 我们提出了解决这个问题的两种可能机制： 1. 背景的电子能谱变硬。 2. Asymmetric 暗物质模型。 这一问题的解决依赖于AMS-02总电子、正、负电子能谱的进一步测量。
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