基于AMS-02结果的暗物质和宇宙线物理研究

In the next a few years AMS-02 will publish several results with greatly high precision. The data are valuable and important for the cosmic ray and new physics study. Our reseach will focus on the AMS-02 data and study the cosmic ray physics and explore the signals of dark matter. AMS-02 will measure the ratio of secondary products of cosmic rays with primary particles, such as the B/C, 10Be/9Be and so on. Those measurements are important for the study of cosmic rays propagation in the Galaxy. We will try to constrain the propagation parameters or study if there are new effects that can be revealed by the AMS-02 data. Based on those results we can predict the secondary fluxes of antiproton, positron and anti-deuterium. Comparing the prediction with AMS-02 measurement we try to find the signals of dark matter annihilation or to constrain the nature of dark matter. We will further combine the constriants from LHC and direct detection results to give more strict constraints on the nature of dark matter articles.

AMS-02实验将在今后几年内不断发表高精度的测量结果，这对研究宇宙线物理和寻找暗物质等新物理信号都具有重要的价值。我们将围绕AMS-02的测量结果开展相关的宇宙线和暗物质探测研究。根据AMS-02给出的次级粒子和原初粒子比，如B/C，10Be/9Be等作为探针研究宇宙线的传播过程及相关的机制，约束传播参数或研究是否有超出目前模型的新的效应。在此基础上，我们希望准确预言反质子、正电子、反氘等宇宙线所产生的次级粒子流强。通过比较AMS-02的测量结果，可以寻找是否存在暗物质湮灭信号，并严格限制暗物质的性质。我们还将通过和LHC、地下实验等暗物质寻找的结果对比，给出综合的暗物质属性的限制。

AMS-02于2011年发射安装到国际空间站上，经过两年多的取数后在14年初有了第一批实验结果。AMS-02是一个划时代的宇宙线实验，把宇宙线实验的测量结果提高一个空前的精度，使得宇宙线物理进入一个精确的定量研究的时代。无论是宇宙线物理的研究还是寻找暗物质信号，AMS-02都将起到决定性的作用。在这样的背景下我们提出了本研究项目，希望紧密结合AMS-02的最新观测结果并结合Fermi卫星以及对撞机实验的最新结果来寻找暗物质信号及开展宇宙线物理研究。.在本课题资助下我们开展了以下几个方面的研究：通过AMS-02的B/C比研究宇宙线传播模型；对AMS-02的正电子超出进行理论解释；通过AMS-02的反质子数据限制暗物质的属性；利用Fermi的河外弥散伽马射线结果和矮星系的观测结果限制暗物质属性；结合LHC的数据研究可能的暗物质信号和对暗物质属性的限制；此外，结合最新的实验进展我还针对暗物质卫星DAMPE的最新测量结果进行理论解释；基于HAWC对Geminga伽马晕的观测结果研究脉冲星的正电子贡献；针对我国空间站未来宇宙线项目HERD的科学目标开展研究，提出通过高能电子能谱测量和各向异性测量区分宇宙线正电子来源。.我们在以上几个方面均取得了一定的成果，并获得了部分较有意义的重要结果。AMS-02的精确B/C数据更加倾向于扩散重加速模型，而不支持包含对流效应的宇宙线传播模型。我们发现暗物质及脉冲星模型均能非常好地解释AMS-02正电子能谱，并对两者的属性给出非常严格的限制，但是AMS-02数据仍然无法区分两个模型。我们系统研究了宇宙线反质子的产生过程，特别是研究了不同强作用模型对反质子预言带来的误差，指出目前的数据不能明确是否存在反质子超出。我们还研究了Fermi的矮星系数据、河外背景光等对暗物质湮灭过程的限制，特别是对速度相关的暗物质模型的限制。结合LHC以及我国提出的未来CEPC/SppC对撞机研究了各自的暗物质信号以及这些实验可能探测的灵敏参数区间。我们还提出了DAMPE测量的电子能谱拐折的物理起源。此外，根据HAWC的观测结果我们提出了脉冲星附近的双区扩散模型，发现脉冲星能够更加自然的提供正电子来源。