KM2A-WCDA 联合观测电子能谱预期 武莎 2018年3月22日

01 电子能谱观测现状 内容 02 KM2A-WCDA联合观测 CONTENTS 03 电子能谱预期 04 总结与展望

1 电子能谱观测现状

电子观测现状 电子在宇宙线中的份额：0.1%（>1TeV） 电子：短的寿命, 1TeV传播距离约为1kpc,是太阳系附近源和新物理的重要探针。PWN、SNR、暗物质的湮灭。

电子能谱观测现状 实验： 1、 空间实验探测：AMS02、Fermi-LAT Pemela、Dampe 2、地面间接探测-IACT： HESS、VERITAS、MAGIC 能谱特点： 1、30GeV-1TeV（AMS）： 幂律谱，γ=3.170 2、0.25TeV-25TeV(HESS): 有截断的幂律谱，~0.94TeV处有截断 HESS,ICRC,2017

电子能谱观测现状 实验： 1、 空间实验探测：AMS02、Fermi-LAT Pemela、Dampe 2、地面间接探测-IACT： HESS、VERITAS、MAGIC 能谱特点： 1、30GeV-1TeV（AMS）： 幂律谱，γ=3.170 2、0.25TeV-25TeV(HESS): 有截断的幂律谱，~0.94TeV处有截断 3、24GeV-24.57TeV（DAMPE）： 50TeV处有能谱变硬的现象与AMS02、Fermi-LAT吻合 55GeV-2.3TeV用有截断的幂律谱拟合，截断能量~0.9TeV，与HESS观测结果一致。 电子能谱观测现状 doi:10.1038/nature24475

TeV 以上电子能谱 由于高能电子在传播的过程中会发生同步辐射和逆康普顿散射。TeV以上的电子只能来自太阳系附近的源。临近源的贡献可能会使电子能谱出现一个鼓包结构。 目前的实验在20-100TeV没有观测值。KM2A在这个能量范围对电子的观测可以对传播模型、暗物质模型、临近天体源（pulsar、AGN）模型给出限制。 doi:10.1103/PhysRevD.96.023015

2 KM2A-WCDA联合观测

2.1、 KM2A、WCDA阵列 电磁簇射： 次级粒子主要包括e±、γ 集中分布在芯位附近 强子簇射： 次级粒子主要包括e±、γ、μ和强子 分布比较广，有次芯存在。 KM2A、WCDA都可以对伽马和宇宙线进行区分。

2.2、快速模拟程序（From.陈松战） 不加噪声，数据归一到Crab源，能段：100GeV-100TeV。 WCDA快速模拟程序与Geant4结果吻合。

KM2A、WCDA事例触发情况 能量：1-100TeV, 投点半径：1000m, 天顶角：0-60度。 KM2A满足触发条件时，有52.9%的事例没有触发WCDA, 多是WCDA的芯外事例。

2.3 KM2A-WCDA联合 1 2 KM2A满足触发条件 利用空间时间窗口噪声过滤 利用KM2A前锋面对WCDA进行噪声过滤 方向重建：平面拟合, 芯位重建：重心法 事例的芯位、方向等信息均来自KM2A重建 不对WCDA进行触发判选 噪声过滤:残差[-50,200] 2 利用WCDA构造g_p鉴别参数 方向重建：锥面拟合, 芯位重建:NKG拟合 MD muon数目重建, ED 电磁粒子数目重建

WCDA相对于KM2A重建方向的残差分布 原初投点在600m内 高斯拟合-5,5： Mean:1.8 sigma:3.3 NtrigE 能量（GeV） 事例数 6-25 8496 56482 25-33 22886 4480 33-50 33464 5026 50-69 50824 2169 69-91 71424 860 91-120 88231 160 高斯拟合-5,5： Mean:1.8 sigma:3.3 现在选取的WCDA噪声过滤窗口为：[-20，100]ns

2.4 KM2A g_p鉴别参数 条件：（1）KM2A触发:NtrigE>=6（2）KM2A方向重建成功：rec_Etheta_c1>0（3）KM2A重建芯位到阵列中心的距离<575 gamma

2.4 联合WCDA g_p鉴别参数 Pemax:距离芯位（KM2A重建）中心45m外，打在 WCDA上最亮的PMT的光电子数

2.4 联合WCDA g_p鉴别参数 Mpar:WCDA探测到的“Muon”数目。 距离芯位距离50m外，单个管子着火数目Pe>10,着火PMT的光电子数除以28。

KM2A、WCDA g_p鉴别参数 加噪声数据，伽马、质子鉴别Q因子比较。 NtrigE 能量（GeV） gamma 事例数 KM2A Qmax WCDA_ Pemax Mpar[200,500） 6-25 8496 56482 2.25 1.325 1.47 25-33 22886 4480 7.96 3.15 4.56 33-50 33464 5026 7.92 5.42 8.72 50-69 50824 2169 35.88 15.14 16.04 69-91 71424 860 14.48 9.61 7.73 91-120 88231 160 3.8 2.94 -

2.5 TMVA多参数分析技术 利用多参数分析的算法，如决策树、人工神经网络等，将三维参数空间映射到一维。 将伽马作为信号，质子作为背景进行训练和分析。 TMVA - training 将WCDA_pemax、WCDA_Mpar、KM2A_Ratio作为输入参数，并用BDTG和MLP两种方 法进行训练。 事例数 信号 （gamma） 背景 （prootn） Training 37378 95063 Testing

2.5 TMVA-输入参数的相关性 KM2A WCDA_Muon WCDA_Pemax Rank Variable Separation 1 3 WCDA_Pemax 2.072e-01

2.5 TMVA-训练结果（20TeV）

2.5 Q因子比较 NtrigE 能量（GeV） KM2A Qmax WCDA_ Pemax Mpar[200,500） BDTG MLP 6-25 8496 2.25 1.325 1.47 2.94 2.5 25-33 22886 7.96 3.15 4.56 12.03 11.03 33-50 33464 7.92 5.42 8.72 29.46 51.16 50-69 50824 35.88 15.14 16.04 - 69-91 71424 91-120 88231

小结 KM2A-WCDA联合伽马、质子区分 1 KM2A阵列满足触发条件 2 3 4 构造g、p鉴别参数 5 TMVA多变量分析

3、 电子能谱预期 >30TeV,KM2A的背景抑制率大于1.e-3

KM2A电子一年灵敏度

4、总结与展望 KM2A联合WCDA进行gamma/proton 鉴别，在30TeV处鉴别因子提高~6倍。 KM2A对于5TeV-100TeV处的电子能谱有一定的限制能力。 KM2A联合WCDA，电子灵敏度在10TeV处提高~2倍，在20TeV提高~4倍。 联合鉴别参数, TMVA训练, 都是初步结果, 有待进一步完善. 希望可以根据KM2A电子能谱对暗物质衰变、湮灭模型给出限制。