【摘要】：近年來天文觀測(cè)表明,暗物質(zhì)在整個(gè)宇宙空間中大量存在,約占整個(gè)宇宙成分的26.8%,而可見物質(zhì)僅占4.9%,目前除了確認(rèn)暗物質(zhì)具有引力作用和可能的弱力作用之外,其他方面的認(rèn)識(shí)還十分有限。粒子物理學(xué)研究物質(zhì)的最基本組成,對(duì)暗物質(zhì)的研究成為當(dāng)前粒子物理學(xué)科的一個(gè)熱點(diǎn)問題。理論學(xué)家通過不同模型來理解暗物質(zhì)粒子的性質(zhì),比較熱門的觀點(diǎn)是暗物質(zhì)粒子為一種弱作用大質(zhì)量的粒子(Weakly Interacting Massive Particles,簡(jiǎn)記為 WIMPs),質(zhì)量可能在GeV量級(jí)。此外,理論認(rèn)為暗物質(zhì)粒子存在湮沒過程,將產(chǎn)生諸如正負(fù)電子、質(zhì)子以及光子等可觀測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)模型下的粒子。暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星(DArk Matter Particle Explorer,簡(jiǎn)記為DAMPE)于2011年正式立項(xiàng)成立,是中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)首批的四顆科學(xué)衛(wèi)星之一。DAMPE的主要物理目標(biāo)是,利用衛(wèi)星平臺(tái)搭載高觀測(cè)能段和能量分辨的探測(cè)器設(shè)備去空間中觀測(cè)高能電子(含正電子)和伽馬射線能譜,間接的研究暗物質(zhì)粒子的性質(zhì)。2015年12月17日8時(shí)12分DAMPE在中國(guó)酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射,邁出了我國(guó)暗物質(zhì)空間探測(cè)歷史性的一步。DAMPE離線數(shù)據(jù)分析軟件框架是DAMPE科學(xué)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的重要基礎(chǔ),其主要負(fù)責(zé)完成子模塊的驅(qū)動(dòng)、管理以及處理過程中的數(shù)據(jù)交換,是其他具體功能模塊開發(fā)、運(yùn)行的基礎(chǔ)。該框架由作者獨(dú)立設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn),其采用面向?qū)ο蟮能浖軜?gòu),明確抽象了不同功能模塊,具有良好的可拓展性以及"即插即用"的使用特點(diǎn)。本文詳細(xì)討論了軟件框架開發(fā)中的架構(gòu)、數(shù)據(jù)交流、用戶開發(fā)擴(kuò)展以及使用方面的內(nèi)容。探測(cè)器模擬不僅是對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)期或?qū)Ρ闰?yàn)證,對(duì)DAMPE而言,諸多的物理測(cè)量都依賴于模擬得到的參數(shù)(比如電子通量譜的測(cè)量,需要由模擬提供有效接收度)。本文介紹了 BGO量能器模擬軟件研發(fā)過程中的相關(guān)技術(shù)問題,主要包括探測(cè)器的幾何和物質(zhì)的描述、擊中信息的記錄和重建、量能器電子學(xué)噪聲添加等過程。此外,論文還介紹了束流實(shí)驗(yàn)的相關(guān)結(jié)果,實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果驗(yàn)證了 BGO量能器對(duì)800GeV入射電子的能量分辨好于1.5%的設(shè)計(jì)指標(biāo)。BGO量能器是DAMPE唯一的能量測(cè)量手段。量能器的刻度,包括電子學(xué)臺(tái)基和噪聲的刻度、MIPs粒子能量標(biāo)度和PMT打拿級(jí)增益的刻度,是能量重建過程中必須使用的重要參數(shù),同時(shí)也是模擬軟件中噪聲疊加算法的輸入?yún)?shù)。論文對(duì)DAMPE BGO量能器在軌刻度的有關(guān)方法及不同環(huán)境下的刻度結(jié)果進(jìn)行了研究。在軌刻度結(jié)果表明:量能器各通道噪聲水平長(zhǎng)期穩(wěn)定,與地面測(cè)試結(jié)果基本一致;臺(tái)基寬度和地面測(cè)試結(jié)果平均相差0.2道,最大差異通道小于1.3道。PMT各個(gè)打拿級(jí)增益穩(wěn)定,幾乎不受地磁場(chǎng)環(huán)境的干擾,不同緯度下測(cè)量結(jié)果的波動(dòng)性小于0.8%。MIPs刻度結(jié)果受地磁場(chǎng)環(huán)境影響;MIPs標(biāo)定的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)表明,量能器信號(hào)隨著溫度存在負(fù)1.324%每攝氏度的變化,與地面熱真空實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致:在軌數(shù)據(jù)中MIPs事例的總沉積能量與模擬結(jié)果一致。
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【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O572.2

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本文編號(hào)：2439770