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暗物质粒子探测卫星上塑料闪烁体探测器的标定与电荷重建算法研究

李瑶  
【摘要】:根据Planck最新的探测数据,宇宙总质能中,68.3%为暗能量,26.8%为暗物质,而我们熟悉的普通物质只占了4.9%,也就是说,暗物质占了宇宙总物质中的84.5%。上世纪三十年代,瑞士天文学家F.Zwicky就已经提出过暗物质的概念,在长达八十年的时间里,理论物理学家提出了各种理论模型试图解释暗物质,实验物理学家则不断努力希望能够探测到暗物质存在的蛛丝马迹。目前最有希望也是最热门的暗物质候选者是大质量弱相互作用粒子(Weakly interacting massive particles,简称WIMP),实验上可以通过探测WIMPs湮灭或者衰变后产生的末态粒子来推断WIMPs是否存在,暗物质粒子探测卫星(DArk Matter Particle Explorer,简称DAMPE)就是基于这样的原理。DAMPE是由我国科学家独立提出并自主研发的空间探测器,是中国科学院空间先导专项的首批四颗科学卫星之一,已于2015年12月17日发射升空,目前已经运行一年多时间。DAMPE是目前同类型的空间探测器中能量测量区域最大,能量分辨最优的探测器,主要通过测量高能电子,高能伽马射线的能谱来寻找和研究暗物质粒子。DAMPE是个多功能的空间探测器,可以探测电荷Z=1~26的入射重离子,这部分工作主要由塑闪阵列探测器(Plastic Scintillator Detector,简称PSD)来完成。PSD是DAMPE的四个关键子探测器之一,由中国科学院近代物理研究所承担研制,除了鉴别入射核素的类型之外,PSD还可以作为反符合探测器来区分电子和伽马射线。本文主要利用DAMPE的在轨数据,对PSD进行标定的过程,包括基线标定,打拿极线性标定,MIP响应标定等过程。在对带电粒子在PSD中的能量沉积进行初步重建之后,又对能量沉积做了进一步的修正工作。我们对PSD上的电荷重建算法做了研究,并重建出宇宙线中带电核素的电荷。本文的重点在于对电荷重建算法的研究,其展示的电荷谱仅使用了几天的数据量,通过对重建出的电荷谱分辨的研究,也反映了PSD能量重建以及能量修正的正确性和准确性。


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