AMS02实验和精确宇宙线物理毕效军中国科学院高能物理研究所

2012-5-9

2012年两岸粒子物理与宇宙学研讨会

宇宙线的发现1912 年，奥地利物理学家赫斯(Hess) 通过气球实验发现这种来自地球外的“辐射”。赫斯 在 5350 多米的高空中，通过 6小时飞行，测得高空空气的电离率是地面的 2 倍。说明这种电离是由地球外边的“辐射” （宇宙线）所致。

1936 年获得诺贝尔物理学奖

1932 年，安德森（ Anderson ）从宇宙线中发现了正电子，使得我们对于物质的认识向前跨越了极大的一步。安德森因发现正电子于 1936 年荣膺“诺贝尔奖”。同年Anderson & Neddermeyer 发现 μ 轻子．

自赫斯的伟大发现以来，科学家们从宇宙线中不断有新的发现，引发了粒子物理学的一次又一次的革命．

宇宙线如何帮助我们认识微观世界？　　　——天然高能加速器、粒子物理学探针

Discovery of the Pion

1934 年，汤川秀树猜测核子（质子，中子）间的相互作用通过“场”（如电磁场）来传递，并预言了“场”粒子质量在电子和质子之间．In 1947, Cecil Powell announced the discovery of a particle called the p-meson or pion (p) for short.

p

m

Pion (p)comes to resthere, and thendecays: p m + n

e

Muon (m)comes to resthere, and thendecays: m e + n + n

Cecil Powell1903-19691950 NobelPrize winner

汤川秀树获 1947年NOBEL奖

宇宙线起源于哪里呢？

太阳 超新星遗迹 活动星系核

射线暴 宇宙大爆炸脉冲星

PAMELA results of antiparticles in cosmic rays

Nature 458, 607 (2009)

Positron fraction Antiproton fraction

Phys.Rev.Lett.102:051101,2009

The total electron+positron spectrum

Chang et al. Nature456, 362 2008

ATIC bump Fermi excess

Phys.Rev.Lett.102:181101,2009

Indirect detection of dark matter --Gamma rays

Monoenergetic spectrum

• Continuous spectrum

mE

0Z

mMmE Z

4

2

Smoking gun of dark matter, while low flux

p 0 Flux is large, not definitive signal

J.Liu, Q. Yuan, X-J Bi, H. Li, and X. Zhang, PRD85, 043507, 2012

DM can explain both the positron excesses and total spectrum; but it is not better than astrophysical explanation. To clarify the situation more precise data are necessary.

宇宙线的产生和传播

银河系宇宙线传播• 带电粒子在银河系磁场中以扩散方式传播，传播方程为

源 扩散 重加速

对流 碰撞

衰变能量损失

柱对称银河系结构

传播参数宇宙线粒子传播

Sec/prim 将敏感地依赖于传播模型，所以常被用于决定模型参量． B/C, 10Be/9Be 是目前测量得最好的．

射线e+

p

B/C, 10Be/9Be are most important for propagation parameters

• 研究宇宙线传播

我们延续前面的工作，采用MCMC方法拟合目前已有的宇宙线数据限制现在的宇宙线传播模型（ Reacceleration model）

拟合中加入注入谱参数，以解释 pbar/p数据

Convection model is disfavored.

Different correlation between parameters!

Pbar/p is not well reproduced

Summary

1. AMS02 data will improve our understanding of Galactic cosmic rays greatly.

2. By fitting the present CR data with MCMC we find reacceleration model can fit data quite well; while the convection is disfavored.

3. With the coming AMS02 data we have to study the CR physics very carefully to disentangle the possible new physics signals, such by DM annihilation/decay.