ams-02 正电子测量结果的物理解释
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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。 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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
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
Lin, Cai, Yuan, Bi 2013
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。
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。
源 + 传播 = 观测
拟合的数据• AMS02 正电子比• PAMELA 电子谱,质子谱• Fermi/HESS 的总电子谱
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
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.
宇宙线中的电子加正电子能谱与以往实验的比较流量
x E3
(s s
r m
2
GeV
)-1
能量(GeV)
AMS-02重要结果:以前的实验结果是错误的
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
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
伽玛射线和反质子的限制Yuan, Bi, Chen, Guo, Lin, Zhang, 1304.1482See also, Jin, Wu, Zhou, 1304.1997Cholis, Hooper, 1840
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
暗物质到 mu 和 tau
Chi2 大大减小到 ~1 ,这时可以很好拟合数据
Interpret data with
pulsars
Yin et al. 1304. 4128
Index ~ 2, softer than before to fit PAMELA. Therefore larger total injection power.
We consider contributions from nearby pulsars and add contributions from all pulsars.
DM vs pulsar: flux anisotropy vs spectrum wiggles
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
Propagation uncertainties
Low energy data
不同的强相互作用模型
质子谱有(无)拐折
Different Galprop versions
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。