Transcript 毕效军高能所：AMS-02正电子测量结果的物理解释

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，20144-20
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
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。
Lin, Cai, Yuan, Bi
2013
源 + 传播 = 观测
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AMS02的数据对比。
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.
3 (s sr m
2 2 GeV)
-1 -1 3
E
流量
x
Flux (GeV m s sr) ´ E
宇宙线中的电子加正电子能谱
与以往实验的比较
400
350
300
250
AMS-02
ATIC01&02
BETS04
BETS97&98
CAPRICE94
Fermi-LAT
HEAT94
HEAT94&95
HEAT95
H.E.S.S.
H.E.S.S. (LE)
(2001 & 2003)
(2004)
(1997 & 1998)
(1994)
(2009)
(1994)
(1994 & 1995)
(1995)
(2004 -2007)
(2004 & 2005)
AMS-02重要结果：
以前的实验结果是错误的
200
150
100
50
0
1
10
102
能量(GeV)
3
10
Energy (GeV)
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, 1304.1482
See also, Jin, Wu, Zhou, 1304.1997
Cholis, 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。