高纯锗探测器暗物质年度调制效应和轴子暗物质的实验研究

项目名称： 高纯锗探测器暗物质年度调制效应和轴子暗物质的实验研究

项目编号： No.11505101

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2016

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 刘书魁

作者单位： 清华大学

项目金额： 9万元

中文摘要： 暗物质探测已成为当今科学最重要的课题之一。弱相互作用重粒子（WIMP）和轴子（axion）是众多理论模型中最有可能的暗物质候选者。对于WIMP暗物质，近几年来多个国际实验组在低质量区~10 GeV发现疑似暗物质事例，但这些结果与其他一些实验组的结果发生明显的冲突，尤其是DAMA与CoGeNT的年度调制效应国际上还没有统一的解释。对于轴子暗物质，利用高纯锗的低能量阈值的特性，在低质量区仍有改善的空间。 本项目基于中国暗物质实验积累1年多的1 kg点电极高纯锗探测器的数据，凭借其在大质量点电极高纯锗探测器中最低能量阈值，研究影响探测器长期稳定性的因素和本底随时间的变化关系，发展和建立使用最大似然法处理年度调制效应和轴子暗物质的数据分析流程，期望得到WIMP的年度调制效应实验结果，得到质量小于1 keV以下的轴子与核外电子耦合参数最灵敏的排除线结果。

中文关键词： 轴子；类轴子；高纯锗探测器；最大似然法；

英文摘要： The nature of identity of the dark matter of the Universe is one of the most challenging problems. Well-motivated classes of dark matter candidates are Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs) and axion dark matter. As to WIMP dark matter, some experiments subsequently attributed to a possible low mass WIMP signal in conflict with the null experiments of other experiments based on the model of standard WIMP-nucleon coherent scattering especially in annual modulation results from DAMA and CoGeNT. For axion dark matter, with the feature of the low energy threshold of the point contact germanium detector, the parameter space in the low mass range still have improvement areas. The project will investigate the influences on the long stability of germanium detector as well as the background changes over time, try to develop and establish the data analysis procedures of annual modulation and axion dark matter using maximum likelihood method. Based on the over one year's CDEX-1 data from 1 kg point contact germanium detector which is the world’s lowest threshold in the same detector technology, we expected to obtain the annual modulation effect result and achieve the most sensitive exclusion plot of axion below 1 keV.

英文关键词： axion；axion-like particle；germanium detector；maximum likelihood；