次级宇宙线精确能谱的理论研究

At present, the detection of cosmic ray is a hot point in astrophysics. Recently, many detectors are designed to measure the composition and energy spectrum of cosmic rays. The unprecedentedly large energy range and high accuracy of data give us an opportunity to investigate the origin, propagation, and interaction processes of cosmic rays. The newest measurements show that there are some exotic phenomena in the spectrum of nuclei and electron/positron. Studies on these exotic phenomena will give us much deeper understand about the propagation and acceleration processes of cosmic rays. However, in many cases definite conclusions cannot be drawn due to the rare and large error bars of spallation cross sections in the cosmic ray energy region.To reduce the uncertainty in analyzing the measurements induced by spallation cross sections, we will propose an accurate semi-empirical formula beforehand. Then we will incorporate this formula into the GALPROP code to calibrate the parameters of GALPROP by analyzing the exotic spectrum of cosmic ray nuclei, electron/positron and so on in a consistent way. In next, we will study the acceleration processes of primary cosmic rays by combining the up-to-date data of relative abundance of secondary nuclei, such as B/C ratio, and the K capture isotopes. This research can provide useful references for the data analysis of our DAMPE in the near future.

宇宙射线探测是当前天体物理中的一个热点。近年来国际上出现了一大批的宇宙射线探测器，用于测量宇宙射线的成分和能谱。观测数据的精度和能量范围都大幅度提高，为精确研究宇宙射线的起源、传播和相互作用过程提供了良好的机遇。最新的观测结果显示宇宙射线原子核和正/负电子能谱均出现了异常现象。对这些异常现象的研究会进一步加深人们对宇宙射线的加速和传播机制的认识。然而，在解释实验数据时经常由于在宇宙射线能量段核反应截面数据的缺少而无法得到明确的结论。因此，本项目将首先建立精确的散裂反应截面公式，将其置入宇宙射线传播程序GALPROP，统一研究宇宙线原子核、正/负电子能谱异常的原因，校准GALPROP的模型参数。然后，利用精确的反应截面解释最新测量的次级核素相对丰度（如B/C比）和K俘获核素能谱研究宇宙线的加速过程。本项目将为我国"暗物质卫星"DAMPE的数据处理提供有益的参考。

宇宙射线探测是当前天体物理中的一个热点。近年来国际上出现了一大批的宇宙射线探测器, 用于测量宇宙射线的成分和能谱。观测数据的精度和能量范围都大幅度提高,为精确研究宇宙射线的起源、传播和相互作用过程提供了良好的机遇。 本项目围绕宇宙线开展了如下四个方面的研究工作：1. 宇宙线与星际介质H原子核的散裂反应截面。我们获得了一套比较完整的质子与原子核反应产生各种次级核素的截面数据，并对这些数据进行了检验。检验结果表明这些数据是可靠的。2. 基于GALPROP的马尔可夫链蒙特卡罗方法。我们开发了一套基于GALPROP的马尔可夫链蒙特卡罗软件。该软件用马尔可夫链来控制对参数空间的扫描过程，能够迅速找到最佳的参数空间。3. 暗物质粒子探测卫星（DAMPE）的宇宙线数据分析。DAMPE收集了大量的宇宙线数据，我们利用这些数据发展了一套宇宙线数据处理方法，能够得到精确的宇宙线电荷谱。我们用宇宙线原子核标定了BGO量能器的能量测量线性。4. Gamma线谱的理论研究。gamma线状谱可以为暗物质的存在提供最有力的支持。gamma线状谱通常被认为是由暗物质粒子湮灭产生的。我们研究了gamma湮灭线的空间分布，发现由于统计量的限制，分布中心会偏离银河系中心。我们还讨论了几种暗物质粒子湮灭的理论模型。结合可能的42.7GeV的湮灭线，我们给出了暗物质粒子湮灭到各种末态的截面的上限。总之，我们不但完成了本项目的内容，还根据本领域的最新进展做了适当的扩展。