本論文研究了暗物質(zhì)和核物理兩個(gè)方面的一些問題。在暗物質(zhì)方面,我們基于γ射線研究了兩種暗物質(zhì)粒子模型:類軸子粒子模型和重引力子傳遞相互作用的暗物質(zhì)粒子模型,并采用暗物質(zhì)湮滅和衰變模型解釋暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星(DArk Matter Particle Explore,DAMPE)電子數(shù)據(jù)中的尖峰。在核物理方面,我們研究了相對(duì)論平均場下單介子交換流對(duì)原子核磁形狀因子的影響。暗物質(zhì)粒子是天文學(xué)和粒子物理領(lǐng)域都很關(guān)心的問題。在宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型下,暗物質(zhì)約占宇宙總能量的27%,宇宙總物質(zhì)的84.5%。至今為止,人們觀測(cè)到暗物質(zhì)只能通過引力相互作用的天文現(xiàn)象,例如星系的旋轉(zhuǎn)曲線,宇宙微波背景輻射等。如果暗物質(zhì)粒子和標(biāo)準(zhǔn)模型粒子之間除引力相互作用之外存在其他相互作用,那么我們可以通過對(duì)撞機(jī)產(chǎn)生暗物質(zhì)粒子;或著觀測(cè)暗物質(zhì)粒子湮滅或者衰變的產(chǎn)物。直到現(xiàn)在,暗物質(zhì)粒子仍然沒有被觀測(cè)到。2012年,歐洲核子研究中心發(fā)現(xiàn)希格斯粒子。至此為止粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的所有粒子被發(fā)現(xiàn)。然而,我們對(duì)粒子物理的理解遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有完備。各種超出標(biāo)準(zhǔn)模型的粒子模型受到越來越多的關(guān)注。暗物質(zhì)粒子被普遍認(rèn)為是超出粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的粒子�，F(xiàn)在暗物質(zhì)候選粒子多種多樣,例如,弱相互作用重粒子,軸子,惰性中微子等。弱相互作用重粒子被認(rèn)為是最有前景的暗物質(zhì)候選者。常見的弱相互作用重粒子有超對(duì)稱模型里的最輕超對(duì)稱粒子,額外維模型中的最輕Kaluza-Klein粒子等。軸子最早是為了解決量子色動(dòng)力學(xué)中的強(qiáng)CP問題提出的。由于為弱相互作用重粒子所設(shè)計(jì)的探測(cè)器一直沒有明顯的暗物質(zhì)信號(hào),軸子和類軸子作為暗物質(zhì)的候選粒子越來越受到重視。在γ射線中尋找暗物質(zhì)信號(hào)一直是探測(cè)暗物質(zhì)的有效手段。因此,我們基于γ射線的觀測(cè)研究了類軸子粒子模型和重引力子傳遞相互作用的暗物質(zhì)粒子模型。去年暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星DAMPE發(fā)布了總電子能譜�？傠娮幽茏V中可能來源于暗物質(zhì)的尖峰受到了廣泛的關(guān)注。這里,我們研究暗物質(zhì)解釋DAMPE數(shù)據(jù)的可能性。電子-原子核磁散射是研究原子核中電流分布的重要實(shí)驗(yàn)手段。從散射中我們可以直接提取和原子核內(nèi)部電流的分布有關(guān)的磁形狀因子。而相對(duì)論平均場是很成功的原子核結(jié)構(gòu)模型。以前在相對(duì)論平均場下,通過單粒子近似得到的磁形狀因子和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有些出入。因此我們研究了相對(duì)論平均場下單介子交換流對(duì)原子核磁形狀因子的影響。本論文的具體工作主要分為以下四個(gè)部分:·我們?cè)诨顒?dòng)星系核和超新星遺跡的7射線能譜中尋找類軸子信號(hào)。γ射線從產(chǎn)生到被觀測(cè)到會(huì)經(jīng)過不同的區(qū)域,例如星系團(tuán),河外空間和銀河系。我們考慮了不同區(qū)域中光子和類軸子轉(zhuǎn)化對(duì)的能譜影響。由于光子和類軸子的相互轉(zhuǎn)化,探測(cè)器觀測(cè)到的γ射線能譜中會(huì)出現(xiàn)一些奇異的結(jié)構(gòu)。通過與Fermi-LAT的γ射線能譜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,我們研究了可能的類軸子信號(hào),同時(shí)對(duì)類軸子模型的參數(shù)空間進(jìn)行限制。通過對(duì)活動(dòng)星系核PKS 2155-304的γ射線能譜的研究,我們成功排除了一些疑似信號(hào)的類軸子模型參數(shù)區(qū)域。同時(shí)在超新星遺跡的γ射線能譜中我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)疑似的類軸子信號(hào)。這些研究對(duì)未來類軸子探測(cè)實(shí)驗(yàn)提供了參考�！の覀冄芯苛酥匾ψ觽鬟f相互作用的暗物質(zhì)粒子模型。我們考慮了這個(gè)模型的各種實(shí)驗(yàn)限制,包括對(duì)撞機(jī)對(duì)新物理和暗物質(zhì)的限制,Fermi-LAT和H.E.S.S對(duì)暗物質(zhì)粒子湮滅產(chǎn)生γ射線線譜截面的限制,以及暗物質(zhì)遺跡密度的限制�；谶@些限制,我們得到了滿足所有限制的參數(shù)區(qū)域。同時(shí)研究了未來的γ射線探測(cè)器對(duì)模型可能的限制。·我們研究DAMPE數(shù)據(jù)中的尖峰的暗物質(zhì)解釋。我們發(fā)現(xiàn):如果太陽系附近有足夠近且足夠大的暗物質(zhì)子暈,那么這個(gè)子暈中暗物質(zhì)粒子的湮滅和衰變可以很好的解釋DAMPE電子數(shù)據(jù)中的尖峰�！の覀冄芯苛讼鄬�(duì)論平均場下單介子交換流對(duì)原子核磁形狀因子的影響。我們發(fā)現(xiàn)在相對(duì)論平均場下計(jì)入單介子交換流的磁形狀因子與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合的更好。結(jié)合價(jià)核子的均方根半徑的數(shù)據(jù),我們證明了在相對(duì)論平均場下計(jì)算磁形狀因子需要計(jì)入單介子交換流。
【學(xué)位單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P145.9;O571
【部分圖文】：

雖然暗物質(zhì)是解釋星系或星系團(tuán)中“丟失質(zhì)量”很好的解釋，但有人也嘗逡逑試使用其他方法解釋，例如修改引力理論。對(duì)于子彈星系團(tuán)（１Ｅ邋０６５７－５６）的逡逑研究很好地排除這種解釋［１５，邋１６］。子彈星系團(tuán)是碰撞的星系團(tuán)產(chǎn)生。圖１．２顯示逡逑了子彈星系團(tuán)的不同波段成像的組合圖＝其中紅色區(qū)域是Ｘ射線的成像圖。而逡逑藍(lán)色是引力透鏡的成像結(jié)果。Ｘ射線反映了星系團(tuán)的熱氣體分布，由于氣體間逡逑的相互作用，導(dǎo)致氣體仍然停留在對(duì)撞點(diǎn)附近。引力透鏡反映了星系團(tuán)的質(zhì)量逡逑分布。引力透鏡的結(jié)果和Ｘ射線明顯不重合，這正是因?yàn)檎夹窍祱F(tuán)物質(zhì)多數(shù)的逡逑暗物質(zhì)沒有受到碰撞影響而跑的更遠(yuǎn)。逡逑暗物質(zhì)證據(jù)也出現(xiàn)在宇宙學(xué)中：例如宇宙背景輻射（ＣＭＢ）邋［１８，邋１９］，大逡逑尺度結(jié)構(gòu)形成［２０，邋２１］和重子聲學(xué)振蕩［２２，邋２３］等等。１％４年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的美逡逑２逡逑

圖１．２：子彈星系團(tuán)（１Ｅ０６５７－５６）在光學(xué)，Ｘ射線和引力透鏡下的成像，其中紅逡逑色區(qū)域和藍(lán)色區(qū)域分布是Ｘ射線和的引力透鏡的成像結(jié)果丨１７丨

邐二靡：ｑ：逡逑ＩＰ＾＾Ｂ逡逑Ｈ＾｜ｄＨ逡逑圖１．２：子彈星系團(tuán)（１Ｅ０６５７－５６）在光學(xué)，Ｘ射線和引力透鏡下的成像，其中紅逡逑色區(qū)域和藍(lán)色區(qū)域分布是Ｘ射線和的引力透鏡的成像結(jié)果丨１７丨。逡逑Ｉ邋Ｉ邋１１邋ｉｉｉｉ｜邋１邋ｉ邋Ｖｉｉｉｉｉ｜邐Ｉ邐ｉ邐ｉ邐｜邐＾邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋Ｊ邋？邋ｉ逡逑，。：邋Ａ邋：逡逑呈邋４。。。－邐Ｊ邋＼邐－逡逑＾３０００邋－邐ｊ邐＼邐－逡逑ｉ２０００邋－邋Ｊ邋Ｖ／＼／＼邋－逡逑１０００邋－人一＾／邐Ｖ＂＼逡逑Ｑ邋Ｔ邋ｉ邋ｌｉｍｉｔ邋Ｉ邋？？邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋Ｉ邐ｉ邐ｉ邋ｉ邋Ｉ邋ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋■邐１邋Ｉ邋Ｉ逡逑１０邐１００邐５００邐１０００逡逑Ｍｕｌｔｉｐｏｌｅ邋ｍｏｍｅｎｔ邋／逡逑圖１．３：邋Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ微波各向異性探測(cè)器測(cè)量的宇宙背景輻射的角功率譜丨２４｜。逡逑３逡逑

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本文編號(hào)：2825412