利用PandaX数据寻找暗物质-电子相互作用

Astrophysical and cosmological evidence for dark matter has been discovered in the past century. Dark matter accounts for 25% of the universe which is five times of ordinary matter. However, no evidence was found in experimental searches in the past few decades. Among the theoretical possible candidates, Weekly Interacting Massive Particles (WIMPs) are favored. PandaX from China has achieved huge success on searching the interactions between WIMPs and nucleons in the past few years and was the one of leading experiments..Recent results from AMS-II and DAMPE might hint the self-annihilation of WIMPs. If the faint signals were true, PandaX could observe the interactions between WIMPs and electrons. By far, PandaX-II has accumulated 400 days of data for dark matter search in background level of 0.8 events per day ton in search region. This provides a good platform for us to explore WIMP-electron interactions. Therefore, we propose to search for WIMP-electron interactions in PandaX. By optimizing the analysis, we could help increase the detection sensitivity. This project will also pioneer the future PandaX-4T, and verify the faint signals from AMS-II and DAMPE, and most importantly, help improve the understanding of the nature of dark matter.

近百年来，暗物质存在的证据接二连三的被发现，然而至今仍未被探测到。在众多模型中，被广泛接受的是暗物质是可以和普通物质发生弱相互作用的重粒子(WIMPs)。近几年，来自中国的PandaX实验不断在暗物质探测的竞赛中实现了弯道超车，对暗物质和原子核的作用截面限制取得了世界领先的结果。.近两年，AMS-II和“悟空”实验相继看到了疑似WIMPs湮灭而产生的正负电子对信号，如果信号属实，在PandaX实验数据中，我们也可以找到暗物质和电子的相互作用的痕迹。PandaX二期目前已采集了400多天的数据，在已发表的结果中，探测区间的本底也已优化至0.8个事例每吨天，给暗物质的探测提供了良好的平台。因此，本人提出在PandaX数据中寻找暗物质-电子相互作用，通过优化数据分析以及年调制分析，来提高探测的灵敏度，同时验证AMS-II、“悟空”实验的疑似信号，对于科学家进一步了解暗物质，有着重要的科学意义。

自从20世纪30年代以来，有关暗物质存在的证据被不停的挖掘出来。关于暗物质的模型以及探测方法也随之而来成为了物理学上的主流。在众多理论和实验中，直接探测暗物质如WIMPs和普通物质相作用而产生的信号是竞争最为激烈的，其中以氙气为靶核的探测器更是在过去20年里把暗物质探测的灵敏度扩大了几个数量级。.PandaX作为中国探测暗物质的先驱实验之一于2009年加入了暗物质探测的竞赛中，并不断的刷新着探测灵敏度的极限。本项目旨在寻找探测器中暗物质和电子相互作用的痕迹，由于此前DAMPE卫星实验疑似在TeV能域处发现超出，从理论上支持了暗物质和电子相互作用的可能性。而在液氙探测器中，我们也可以通过降低探测器的阈值来实现对这部分事例的探测。.本项目通过对PandaX-II 400多天的数据分析，通过将能量阈值降低至80eV，成功的给出了质量在15MeV/c2至30MeV/c2自旋无关暗物质散射截面的最强限制，其为2.5x10-37至3.1x10-38cm2。通过本项目的研究，让我们对暗物质有了更多的认识。