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利用PandaX-Ⅱ数据寻找非弹性散射的WIMPs粒子

阿布都沙拉木·阿布都克力木  
【摘要】:大质量弱相互作用粒子(Weakly Interacting Massive Particles,WIMP)由于其理论模型与实际观测的符合、以及相对更易进行实际探测的可行性,成为目前暗物质探测领域最为主流的候选模型。对于暗物质跟普通物质的之间的相互作用被普遍认为弱相互作用,而它们之间的发生的反应形式,主流的理论是自旋无关弹性散射。近年来,为了解释DAMA/LIBRA,CRESST-II等实验组在实验中发现的疑似暗物质信号,部分理论物理学家试图用非弹性散射理论来解释这些疑似信号。对于非弹性散射来说,它的部分动能转化为WIMPs粒子的内能,这导致WIMPs粒子的初态和末态之间存在质量差。随着各种不同探测技术的相继采用,对WIMPs粒子的存在与否及其相互作用截面下限的测定都有了持续不断的推进。PandaX-I/II实验采用暗物质直接探测领域最具竞争力的二相型气/液氙时间投影室探测方法。本文中,首先对暗物质理论以及PandaX-II暗物质直接探测实验的整体框架,数据分析方法,探测器的刻度等方面进行大致的介绍。然后着重讨论关于非弹性散射有关的理论计算以及计算暗物质排除线的详细过程和方法。本文中使用了剖面似然比(Profile Likelihood Ratio)统计以及CLs方法来对最终的暗物质数据进行统计学分析并报告结果。最终得到的排除线结果显示,CRESST-II的三个疑似信号已被排除为本底。


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