鲁同所雷仕俊藏京京常 进伍 健

(1中国科学院紫金山天文台南京210008)

(2中国科学院暗物质与空间天文重点实验室南京210008)

(3中国科学院大学北京100049)

暗物质粒子探测器径迹重建方法的研究∗

鲁同所1,2,3†雷仕俊1,2‡藏京京1,2常 进1,2伍 健1,2

(1中国科学院紫金山天文台南京210008)

(2中国科学院暗物质与空间天文重点实验室南京210008)

(3中国科学院大学北京100049)

暗物质粒子探测器(DAMPE,Dark Matter Particle Explorer)旨在通过对空间高能粒子的大能量范围、高能量分辨和高空间分辨的观测间接探究暗物质的存在和分布.径迹重建是利用探测器不同位置探测通道的观测结果重建高能粒子入射位置和方向,其结果的准确性决定了探测器的空间分辨本领.暗物质粒子探测器径迹重建主要依靠其中的硅阵列探测器(STK,Silicon Tracker)和BGO(锗酸铋,Bi4Ge3O12)量能器两个子探测器的观测.结合两者的设计原理和结构,利用多次束流试验和地面宇宙线实验数据细致探讨了径迹重建的基本方法,主要包含3个基本步骤:径迹点的选取,径迹点的拟合以及最佳径迹的判选.粒子在每层STK和BGO晶体中往往留下多个击中点,首先给出了一种利用BGO重心法得到粒子粗略径迹并以此限定STK径迹点的方法.接着对于选定的一组可能的STK径迹点尝试了Kalman滤波和直线最小二乘拟合两种拟合法,并发现两种方法分别独立得到比较一致的结果,从而验证了结果的有效性.最后,对于重建得到的多条可能径迹,讨论了一些利用BGO量能器和STK结果进行联合判选的方……