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《新疆大学》 2019年
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利用方向性暗物质直接探测实验研究银河系暗物质天体物理性质

白羽  
【摘要】:暗物质最早被提出是在19世纪30年代。到目前为止,根据天文观测及计算,我们可以确定暗物质占宇宙总物质很大比例。在众多的暗物质粒子候选者中,弱相互作用大质量粒子(weakly interacting massive particles,WIMPs)是最被认可的,它是一类理论模拟粒子,并不是现有条件可以观测到的粒子。目前最可行的暗物质探测方法是直接探测,原理是探测暗物质粒子与目标核子弹性散射释放的能量,因此可以精确探测到目标核子从WIMPs获得的能量在这项实验中至关重要。对于这种探测方法,事件发生率对于探索WIMPs的性质意义重大,其与弹性散射能量有关。WIMPs与目标核子发生弹性散射的事件率主要取决于WIMPs在地球附近的密度以及WIMPs相对地球的速度分布。在本文中,我们重新定义了银道坐标系、黄道坐标系和赤道坐标系,它们与属于球坐标系的三个坐标系有相似之处,但不完全重合。借助重新定义的坐标系,通过对银河系中一维的麦克斯韦分布函数的模拟,我们重建了相对地球的一维的速度分布函数,这项工作验证了后面工作的正确性。更重要的是,我们分别在银道坐标系和赤道坐标系中呈现了WIMPs速度方向分布,等同于确定了WIMPs风吹向地球的方向。同时,当考虑地球的公转与自转后,我们展示了在不同时刻WIMPs速度方向在地球上的分布情况。我们拟合的在地球框架中的WIMPs速度分布与已知的WIMPs速度分布几乎吻合。此外,由于在银河系中考虑麦克斯韦分布,因此银道坐标系中的WIMPs速度方向分布应该是对称分布。我们的模拟结果完全符合理论分析,这为下面工作提供了可靠性。在赤道坐标系中的WIMPs速度方向分布具有不对称性,即WIMPs风吹向地球。同时,当地球旋转到一年的不同时间时,其WIMPs速度方向在地球上的分布有所不同。而且,通过一些技术处理,我们也呈现了一天中不同时刻WIMPs速度方向在地球上分布情况。对WIMPs速度方向在地球上分布情况的研究为方向性暗物质直接探测提供了基本的理论依据。
【学位授予单位】:新疆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:P145.9

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