阿尔法磁谱仪电磁量能器质子蒙卡模拟修正及用于电子质子鉴别

Dark matter search is a hot topic at present. The study of positron in charged cosmic rays is an important way to search dark matter. Alpha Magnetic Spectrometer-02 (AMS-02) detector is the only detector with large magnet running in space, is able to perform accurate measurement of the cosmic ray positron. Currently the paper of 0.5GeV-1TeV positron flux result measured by AMS has been published, I’m one of the major analysis members. The paper proves the positron excess is from a new source term with finite energy cutoff, but we still need the positron flux, electron flux and positron fraction result in TeV region to confirm the source is from dark matter or pulsars. The identification of electron and proton by electromagnetic calorimeter (ECAL) is the key item in the positron and electron analysis at TeV region. This project plans to measure the proton cross-section with AMS data and then correct the proton Monte Carlo (MC) simulation in ECAL. The corrected proton MC events will be used as the proton training sample in TMVA and deep learning to train an identification variable with a proton rejection higher than ten to the fourth power. This project could make a contribution to confirm the truly source of positron excess and benefits the cosmic rays detection experiments of our own country.

当今物理学最重要的研究课题之一是暗物质的寻找。间接探测暗物质的重要途径之一是原初带电宇宙线正电子的测量。阿尔法磁谱仪-02（AMS-02）探测器是现阶段唯一在太空运行的大型磁谱仪，能够精确测量宇宙线正电子，目前刚刚发表了0.5GeV-1TeV原初宇宙线正电子流强谱的精确测量结果，表明高能正电子的超出主要来自一个带截断能量的源成分。项目申请人参与了该分析工作，是主要贡献者之一。确认正电子的源成分来自暗物质模型还是天体源模型，需要将正电子的测量结果向TeV以上能区扩展。其中的关键问题是提升TeV以上能区电磁量能器（ECAL）的电子、质子鉴别能力。项目计划利用AMS数据测量质子反应截面，修正ECAL的质子蒙卡模拟；蒙卡数据作为训练样本用多变量分析/深度机器学习方法将TeV以上能区ECAL的质子排斥能力提升到十的四次方以上，为确认正电子超出来源和我国自主宇宙线探测实验的技术积累做出显著贡献。

当今物理学最重要的研究课题之一是暗物质的寻找。间接探测暗物质的重要途径之一是原初带电宇宙线正电子的测量。阿尔法磁谱仪-02（AMS-02）探测器是现阶段唯一在太空运行的大型磁谱仪，能够精确测量宇宙线正负电子流强谱，目前已发表了0.5GeV-1TeV原初宇宙线正电子流强谱的精确测量结果，表明高能正电子的超出主要来自一个带截断能量的源成分。确认正电子的源成分来自暗物质模型还是天体源模型，需要将正电子的测量结果向TeV以上能区扩展。其中的关键技术难点是提升TeV以上能区电磁量能器（ECAL）的电子、质子鉴别能力。项目利用AMS实际测量数据对质子蒙卡模拟进行了修正，得到与实际数据分布相符的质子蒙卡模拟数据。在此基础上以修正后的质子蒙卡模拟数据作为本底样本对TeV以上能区进行多变量分析训练，得到了在TeV以上能区好于十的四次方的质子鉴别能力，完成了预期目标，为确认正电子超出来源和我国自主宇宙线探测实验提供了有效的技术积累。