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， 2014-

4-20

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

Lin, Cai, Yuan, Bi 2013

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。

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AMS-02 的数据对比。

源 + 传播 = 观测

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.

宇宙线中的电子加正电子能谱与以往实验的比较流量

x E3

(s s

r m

2

GeV

)-1

能量(GeV)

AMS-02重要结果：以前的实验结果是错误的

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, 1304.1482See also, Jin, Wu, Zhou, 1304.1997Cholis, 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。