現(xiàn)代天文學(xué)通過星系旋轉(zhuǎn)曲線、引力透鏡效應(yīng)和宇宙微波背景輻射等證實暗物質(zhì)是存在的,并且暗物質(zhì)占整個宇宙的26.8%左右。但是人們至今仍沒有直接探測到暗物質(zhì)粒子,因此對暗物質(zhì)的探究成為當(dāng)今物理學(xué)的重要課題之一。探尋暗物質(zhì)主要有三種方法:基于對撞機(jī)“創(chuàng)造”出暗物質(zhì)粒子、間接探測和直接探測。直接探測主要是通過探測暗物質(zhì)粒子與探測器中的物質(zhì)發(fā)生相互作用產(chǎn)生的信號,從而直接探測暗物質(zhì)粒子性質(zhì)。目前國際上展開了眾多的暗物質(zhì)直接探測實驗,例如XENON實驗、LUX實驗、XMASS實驗等。這些實驗也正在向著不斷提高暗物質(zhì)探測靈敏度的方向升級。我國也在積極開展暗物質(zhì)直接探測實驗,由上海交通大學(xué)主導(dǎo),國內(nèi)多個大學(xué)和研究所共同合作的PandaX實驗正是其中之一�，F(xiàn)階段,PandaX-Ⅰ和PandaX-Ⅱ已經(jīng)完成其使命,PandaX-nT的升級工作正在緊張的展開中。為了進(jìn)一步提高暗物質(zhì)探測的靈敏度,獲取更高精度的WIMP粒子反應(yīng)排除截面,PandaX-nT的升級正向著噸量級的靶物質(zhì)、低本底和不同的本底甄別算法方向升級。通道數(shù)的增加,需要高速高精度的波形采樣,以及由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳輸?shù)葐栴},都對讀出電子學(xué)提出了進(jìn)一... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２左圖是引力透鏡效應(yīng)示意圖，右圖是引力透鏡效應(yīng)造成的愛因斯坦十字??在眾多引力透鏡效應(yīng)的觀測結(jié)果中，子彈星系團(tuán)的觀測結(jié)果給出了目前暗??物質(zhì)存在的最有力的證據(jù)［１０］

?第１章緒論???ＢＨＢＩ??圖１．３子彈星系團(tuán)觀測結(jié)果圖，紅色區(qū)域通過Ｘ射線觀測得到的重子分布圖，藍(lán)色區(qū)域??是通過引力透鏡效應(yīng)得到的暗物質(zhì)分布圖。??１．１．３宇宙微波背景輻射??宇宙微波背景輻射是宇宙大爆炸后殘存的原初等離子體所放出的熱輻射，??在經(jīng)過了宇宙上百億年的膨脹后，早期的背景輻射已經(jīng)從原來的頻率移動到了??現(xiàn)在的微波頻率［１１］范圍。在宇宙原始時期，宇宙中物質(zhì)的溫度和密度均很??高，質(zhì)子和電子難以自由移動，從而以等離子體的形式存在，此時由于物質(zhì)與??輻射之間相互干擾導(dǎo)致光子被質(zhì)子和電子散射，因此此時的宇宙對輻射是不透??明的。隨著宇宙的不斷膨脹，宇宙中溫度開始不斷降低，當(dāng)降低到約３０００Ｋ??時，質(zhì)子與電子結(jié)合形成中性的氫原子。而中性原子不在吸收熱輻射，因此宇??宙變得逐漸透明。這大約發(fā)生在大爆炸后３８萬年，這段時間被稱為“最后的散??射時間”，這是現(xiàn)在能觀測到的最遠(yuǎn)的背景輻射。隨后，宇宙經(jīng)過不斷膨脹，??宇宙背景輻射的光子產(chǎn)生了紅移，從而形成的如今的約為３Ｋ的宇宙微波背景??輻射。??通過對宇宙微波背景輻射的研宄，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)如今的宇宙溫度分布整體上??是均勻的，但在一定范圍內(nèi)仍然存在著漲落，具有各向異性。圖１．４顯示的便??是美國?ＷＭＡＰ（Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ?Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ?Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ?Ｐｒｏｂｅ，ＷＭＡＰ）探測器精確測量??的整個天空的宇宙微波背景輻射。從圖中可以看到宇宙中溫度分布存在著一定??程度的漲落。通過精確測量這些漲落便能夠獲得包括物質(zhì)的組成等暴漲時期宇??宙的物理信息［１２］。??４??

?第１章緒論???圖１．４根據(jù)ＷＭＡＰ測試結(jié)果得到的宇宙微波背景輻射全天圖。??截至目前，通過對宇宙微波背景輻射的測量，科學(xué)家給出宇宙中暗物質(zhì)和??重子物質(zhì)宇宙中豐度的最準(zhǔn)確的測量結(jié)果。圖１．５便是ＷＭＡＰ探測器觀測到的??宇宙微波背景輻射的能譜圖［１３］。圖中第一個峰表征的是宇宙中包括暗物質(zhì)、??暗能量、普通物質(zhì)以及尚未發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)的總的能量貢獻(xiàn)。第一個峰的角度尺度??決定了宇宙的曲率。第二個峰則是由早期宇宙的聲學(xué)震蕩引起的，其位置反映??了宇宙中普通物質(zhì)的含量。第三個峰值可以用來獲得關(guān)于暗物質(zhì)密度的信息。??通過對這些能譜進(jìn)行分析，科學(xué)家們得到了宇宙中暗能量約占宇宙總能量的??６９％，所有的普通物質(zhì)占宇宙總能量的４．?８％，而其余的２６％則為暗物質(zhì)。??６０００?１?１?￣７＾?１?１?１?［??ＷＭＡＰ７ｙｒｉ?：??Ｓ?５０００「?ｊ?＇?Ａｑ＾ｄ�。�??Ｉ?４０００，?／?＼?；??ｆａｏｏｏ：?／?＼?ｊ?—??ｆ－：?／?ｗ＼?—??＇?１０００?ｒ?［ｉｆｆｒ??〇?—Ｌ＿＿ｉ?１?１?１?１???１０?１００?５００?１０００?１５００?２０００??Ｍｕｌｔｉｐｏｌｅ?Ｍｏｍｅｎｔ?（／）??圖１．５宇宙微波背景輻射的各向異性能譜??１．２?暗物質(zhì)粒子候選者??通過對暗物質(zhì)的不斷深入研宄，暗物質(zhì)通常被認(rèn)為具有以下幾種重要性??質(zhì)。首先，暗物質(zhì)必然是電中性的，這是因為暗物質(zhì)與普通物質(zhì)之間的相互作??用極弱，不可能攜帶任何極性的電荷。其次，暗物質(zhì)還必須是穩(wěn)定的，經(jīng)過了??漫長的宇宙演變，暗物質(zhì)仍然能夠穩(wěn)定存在，因此其必定是穩(wěn)定存在的。接??著，暗物質(zhì)還必須是宇宙


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