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暗物质粒子探测卫星中塑料闪烁体阵列探测器的在轨标定和数据重建方法研究

批准号:
11673047
项目类别:
面上项目
资助金额:
68.0 万元
负责人:
张亚鹏
学科分类:
空间天文和高能天体物理技术和方法
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
张永杰、方芳、付强、王兆民、周勇、李瑶

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项目成果

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中文摘要
宇宙学标准模型预言暗物质和暗能量占据了宇宙中能量的95%,但是它们尚未被直接的观测实验所证实。研究暗物质和暗能量的本质是当前宇宙学、粒子物理和场论研究中最具挑战性的课题。本项目以暗物质粒子探测卫星(DAMPE)中塑料闪烁体阵列探测器(PSD)的在轨观测数据为研究对象,主要开展一下方面的研究:(1) 完成PSD所有在轨数据的标定这一基础性的工作;(2) 充分利用DAMPE提供的测量信息来开发和优化PSD相关的数据重建算法,以最大限度的发挥PSD在DAMPE中的作用;(3) 用Geant4软件来精细地模拟PSD在太空环境中的响应和前段电子学系统对信号的处理过程,以得到探测效率和评估测量结果的误差。结合数据分析结果和模拟结果来完成宇宙射线中元素丰度的测量,并为发现暗物质粒子和确定暗物质粒子的身份提供准确、可靠的测量数据。
英文摘要
Standard model of cosmology predicts that dark matter and dark energy take more than 95% of the energy in the universe that has never been directly detected. To study the nature of dark matter and dark energy is the most challenge topic in fields of cosmology, particle physics and field theory. This proposal mainly studies following topics about the on-orbit data of Plastic Scintillation array Detector (PSD) of The Dark matter Particle Explore (DAMPE): (1) All on-orbit data associated with PSD will be finely calibrated; (2) In order to maximize the role of PSD in DAMPE, the reconstruction algorithms of PSD data will be developed and optimized by using the measured quantities provided by DAMPE; (3) Digitalization of PSD simulation will be implemented in Geant4 environment and the detection efficiency and the systematic error of PSD measurements will be investigated in the complicated space environment. By combining data analysis results and Geant4 simulation, the element abundance in the cosmic ray will be measured. Meanwhile, the precise and reliable data will be provided for discovering the existence of the dark matter particle and pinning down the identity of dark matter particle.
宇宙学标准模型预言暗物质和暗能量占据了宇宙中能量95%,但是它们尚未被直接的观 测实验所证实。研究暗物质和暗能量的本质是当前宇宙学、粒子物理和场论研究中最具挑战性的课题。本项目以暗物质粒子探测卫星(DAMPE)中塑料闪烁体阵列探测器(PSD)的在轨观测数据为研究对象,为DAMPE合作组提供高质量的PSD科学数据。总体上实现了本项目的研究目标。完成了任务书中所列的研究内容,具体包括:(1) 完成PSD相关的电子学线性、基线、打拿极线性、最小电离粒子(MIPs)标定、光衰减标定、能量标定、探测效率等标定算法的开发;(2)完成了PSD自发射到现在约5年在轨数据的标定; (3) 完成开发PSD电荷重建算法、径迹挑选算法、STK电荷重建算法、PSD猝灭效应修正等相关的重建算法;(4)完成了PSD相关的模拟和数字化的工作;(5)开展了宇宙射线质子流量数据分析工作。利用以上算法得到了于国际顶级实验(AMS02)相当的宇宙射线核素电荷测量结果;PSD电荷重建算法是DAMPE卫星实现不同核素鉴别的依据。 总之,项目完成的PSD研究内容是DAMPE卫星取得高质量宇宙射线核素空间流量测量、光子探测和暗物质研究不可或缺的工作。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
The on-orbit calibration of DArk Matter Particle Explorer
暗物质粒子探测器在轨定标
DOI: 10.1016/j.astropartphys.2018.10.006
发表时间: 2019
期刊: Astroparticle Physics
影响因子: 3.5
作者: [Ambrosi G., An Q., Asf, iyarov R., Azzarello P., Bernardini P., Cai M. S., Caragiulo M., Chang J., Chen D. Y., Chen H. F., Chen J. L., Chen W., Cui M. Y., Cui T. S., Dai H. T., D'Amone A., De Benedittis A., De Mitri I., Ding M., Di Santo M., Dong J. N., Dong T. K., Dong Y. F.]
通讯作者: Dong Y. F.
Calibration of the DAMPE Plastic Scintillator Detector and its on-orbit performance
DAMPE 塑料闪烁体探测器的校准及其在轨性能
DOI: 10.1088/1674-4527/19/3/47
发表时间: 2018-10
期刊: Research in Astronomy and Astrophysics
影响因子: 1.8
作者: [Ding Meng, Zhang Ya Peng, Zhang Yong Jie, Wang Yuan Peng, Dong Tie Kuang, De Benedittis Antonio, Bernardini Paolo, Fang Fang, Li Yao, Liu Jie, Ma Peng Xiong, Sun Zhi Yu, Gallo Valentina, Vitillo Stefania, Wang Zhao Min, Yu Yu Hong, Yue Chuan, Yuan Qiang, Zhou Yong, Zhang Yu]
通讯作者: Zhang Yu
DOI: --
发表时间: 2019
期刊: 原子核物理评论
影响因子: --
作者: [蓝江山, 赵凤仪, 丁萌, 韩成栋, 张亚鹏, 陈旭荣]
通讯作者: 陈旭荣
DOI: --
发表时间: 2017
期刊: 天文学报
影响因子: --
作者: [李瑶, 张亚鹏, 张永杰, 孙志宇, 余玉洪, 董铁矿, 马鹏雄, 王远鹏, 袁强]
通讯作者: 袁强
共 8 条
    STAR实验3.0、3.2、3.5和3.9 GeV金—金碰撞中超氚和超氢4集体流研究
    基于暗物质粒子探测卫星精确测量低能反质子和反氘宇宙线流量的研究
    DAMPE数据中簇射顶点的重建算法及宇宙射线核素的重建效率研究
    • 批准号:
      U1738127
    • 项目类别:
      联合基金项目
    • 资助金额:
      55.0万元
    • 批准年份:
      2017
    • 负责人:
      张亚鹏
    • 依托单位:
    超核在中高能重离子碰撞中的产生及其产生机制的研究
    • 批准号:
      11405227
    • 项目类别:
      青年科学基金项目
    • 资助金额:
      26.0万元
    • 批准年份:
      2014
    • 负责人:
      张亚鹏
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金