暗物质卫星观测宇宙线电子通量

Indirect detection of dark matter plays an important role in dark matter study. It is one of the most attractive field in Astrophysics and in recent 10 years many exciting progresses have been achieved. The DArk Matter Particle Explorer (DAMPE) project of Chinese Academy of Science (CAS) is to launch a satellite for dark matter detection. Comparing to the similar detectors, The DAMPE has the advantages of covering energy region to 10TeV, good energy resolution and high particle acceptance. The DAMPE will be launched by the end of 2015 and the scientific data will be available in 2016. We will apply a precise data analysis on the raw data collected by the DAMPE. We will calculate the Instrument Response Function; develop the method of discriminating protons from electrons; calibrate the detector continuously using flying data; study the source of background and the ways to remove it. Our object is to measure the cosmic-ray electron flux from 5GeV to 10 TeV. This study will be helpful for understanding the cosmic-ray electrons and also will give valuable clues for dark matter.

空间间接探测暗物质是探测暗物质的重要方式，也是国际天体物理界的研究热点，最近十年取得了很大进展。中国暗物质粒子探测卫星在探测高能宇宙线电子方面，与国际同类探测器相比，有探测能量范围大，能量分辨率高，粒子接收度高等优点。中国暗物质粒子探测卫星将于2015年底发射，2016年可望取得科学数据。我们将对暗物质粒子卫星获取的原始数据进行精密的数据分析。我们将研究探测器特性，获得仪器响应函数；对质子-电子鉴别进行详尽研究；利用飞行数据做探测器标定；对本底进行研究并发展扣除方法。最终研究目标是得到从5GeV到10TeV宇宙线高能电子通量谱。这一研究将有助于了解空间宇宙线高能电子性质，并对暗物质的研究提供有价值的信息。

高能宇宙线电子(正电子)流量的精确测量对研究宇宙线的起源，加速和传播过程有重要的物理意义，测量结果可以为寻找潜在的暗物质候选粒子提供重要线索。本项目通过对暗物质粒子探测卫星获取的原始数据进行高级处理和分析，获取了25GeV-4.6TeV的高能宇宙线电子（正电子）能谱，完成了项目计划书中的主要计划内容。本项目的主要研究内容是：针对暗物质粒子探测卫星的数据处理需要，建立了离线数据分析软件框架，为开展探测器模拟，标定和事例重建提供了优秀的软件平台；发展了暗物质粒子探测卫星触发阈值标定方法并长期对暗物质粒子探测卫星的触发阈值进行标定，发现了触发阈值和环境温度的负相关效应，确证了触发系统的高效率和长期稳定性；通过蒙特卡罗模拟获取了暗物质粒子探测卫星对高能电子的有效几何接收度；建立了基于多变量分析技术的粒子鉴别方法，对背景污染有很高的抑制能力。以上研究对科学成果的产出有直接推动。暗物质粒子探测卫星对25GeV-4.6TeV宇宙线高能电子（正电子）谱的测量结果于2017年12月发表，首次通过空间直接探测确认了谱形在0.9 TeV附近的“变软”现象，引起本领域专家的关注并被大量引用。暗物质粒子探测卫星正在继续积累数据，本项目中发展的各项分析方法将继续在后续的大统计量分析中改进并使用。