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AMS-02 正电子测量结果的物理解释

AMS-02 正电子测量结果的物理解释. 毕效军 中国科学院高能物理研究所. Fitting to the AMS-02 data. 正电子比在高于 10GeV 是上升的，这无法用通常的宇宙线物理解释，需要额外的正电子源，通常考虑脉冲星等天体源和暗物质产生的源。 我们通过拟合 AMS-02 数据获得正电子起源的信息，包括宇宙线本底的性质和额外源（脉冲星或暗物质）的性质. 宇宙线的产生和传播. 源 + 传播 = 观测. 第一步，我们用宇宙线数据，用 MCMC 的方法拟合传播参数，在下面拟合 AMS02 、 Fermi 的电子谱的时候，固定这些传播的参数。

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AMS-02 正电子测量结果的物理解释

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Presentation Transcript

  1. AMS-02正电子测量结果的物理解释 毕效军 中国科学院高能物理研究所 中国物理学会高能分会年会，2014-4-20

  2. Fitting to the AMS-02 data • 正电子比在高于10GeV是上升的，这无法用通常的宇宙线物理解释，需要额外的正电子源，通常考虑脉冲星等天体源和暗物质产生的源。 • 我们通过拟合AMS-02数据获得正电子起源的信息，包括宇宙线本底的性质和额外源（脉冲星或暗物质）的性质

  3. 宇宙线的产生和传播 源+ 传播= 观测

  4. 第一步，我们用宇宙线数据，用MCMC的方法拟合传播参数，在下面拟合AMS02、Fermi的电子谱的时候，固定这些传播的参数。第一步，我们用宇宙线数据，用MCMC的方法拟合传播参数，在下面拟合AMS02、Fermi的电子谱的时候，固定这些传播的参数。 1，物理上传播是独立的，不应用电子的数据去拟合传播参数。 2，精度相差非常多，会使得传播参数完全不合理。 Lin, Cai, Yuan, Bi 2013

  5. 源+ 传播 = 观测 Bkg+pulsar (or DM)拟合数据 拟合采用MCMC的方法，可以加快收敛速度。 宇宙线传播通过Galprop计算，输入以上参数，结果和AMS-02的数据对比。

  6. 拟合的数据 • AMS02 正电子比 • PAMELA 电子谱，质子谱 • Fermi/HESS的总电子谱

  7. It seems pulsar can fit data roughly. However, the χ2/dof=1.8; 6σ deviates from expectaion. Fermi data is not consistent with the AMS02 data. We fit without including the Fermi data. χ2/dof=52/80; perfect fit to data! Yuan, Bi, Chen, Guo, Lin, Zhang, 1304.1482

  8. Fermi data has systematic errors? Fermi has a 5%-10% uncertainty of absolute energy scale, this induce a 10~20% in flux We give other two simulations: include the Fermi/HESS systematic errors; not include Fermi data at all.

  9. 宇宙线中的电子加正电子能谱 与以往实验的比较 AMS-02重要结果： 以前的实验结果是错误的 流量 x E3 (s sr m2 GeV)-1 能量(GeV)

  10. 对暗物质，存在同样的问题（AMS02-Fermi），χ2/dof=3.3 ；去掉Fermi后tau末态可以给出很好的拟合

  11. 拟合结果的总结：Fermi和AMS存在tension；不含Fermi数据，pulsar/DM（tau）都能很好解释数据拟合结果的总结：Fermi和AMS存在tension；不含Fermi数据，pulsar/DM（tau）都能很好解释数据

  12. 伽玛射线和反质子的限制 Yuan, Bi, Chen, Guo, Lin, Zhang, 1304.1482 See also, Jin, Wu, Zhou, 1304.1997 Cholis, Hooper, 1840

  13. 用带拐折的电子本底拟合数据---到pulsar的结果 Yuan, Q., Bi, XJ, arXiv 1304.2687

  14. 暗物质到mu和tau

  15. Chi2大大减小到~1，这时可以很好拟合数据

  16. Interpret data with pulsarsYin et al.1304. 4128 Index ~ 2, softer than before to fit PAMELA. Therefore larger total injection power.

  17. We consider contributions from nearby pulsars and add contributions from all pulsars.

  18. DM vs pulsar: flux anisotropy vs spectrum wiggles

  19. 对拟合过程中系统误差的理解 • 传播系数（PAMELA数据的拟合） • 低能数据处理 • 相互作用模型 • 有break的能谱能够拟合数据

  20. Propagation uncertainties

  21. Low energy data

  22. 不同的强相互作用模型

  23. 质子谱有（无）拐折

  24. Different Galprop versions

  25. 结论 • 通过拟合AMS-02数据，发现其与Fermi电子谱结果有tension • 暗物质模型受到严格的限制；（是否有更复杂的模型可以逃避这些限制？） • 如果电子本底存在break，可以使得AMS-02数据与Fermi数据自洽 • 脉冲星可以很好解释AMS-02数据，预言的总谱有结构，希望将来数据可以探测 • 对拟合中各种可能的误差的系统研究表明，其对额外源的性质影响基本可控，参数（如m_DM）的差异在2~3倍的范围内。

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