暗物质直接探测实验中相关的原子物理过程研究
发布时间：2021-02-18 03:51
暗物质问题是当今粒子物理学、天体物理学、天文学、宇宙学中的重要研究课题之一。目前,越来越多的天文学证据表明宇宙中存在大量不发光的暗物质。因此,对暗物质进行直接探测,是意义重大且迫在眉睫的事。暗物质直接探测实验主要是通过收集暗物质粒子与探测器原子散射之后产生的电离、闪烁光、热信号等,来探测暗物质粒子。在探测实验中所采用的探测器处在原子环境中,存在各种各样的原子物理过程。在暗物质探测实验中,了解探测器中的原子物理过程起着至关重要的作用。原子物理过程不仅仅对暗物质探测实验的本底分析十分关键,它们还能开辟新的实验探测通道,来探测未知的暗物质粒子。因而,研究这些原子物理过程对暗物质直接探测实验的影响,十分必要。在这篇学位论文中,根据暗物质直接探测实验的需求,选取两个典型的原子物理过程进行研究,它们是原子康普顿散射过程以及微小电荷粒子对原子的电离过程。其中,原子康普顿散射是暗物质直接探测实验中重要的X射线和伽马射线本底,研究原子康普顿散射可以有助于分析暗物质探测实验的本底过程。微小电荷粒子是超越标准模型理论中预言出的一类亚原子新粒子,带有非常微小的电荷。微小电荷粒子对原子的电离过程,是实验上探测微...
【文章来源】：四川大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：186 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
常用缩略词表
常用符号表
第一章 前言
1.1 暗物质存在的证据与暗物质探测的意义
1.2 暗物质的候选者
1.3 暗物质探测方法
1.4 暗物质直接探测现状
1.5 中国暗物质探测实验（CDEX）
1.6 另一条途径——修改引力假设
1.7 课题意义和内容
1.7.1 原子康普顿散射
1.7.2 微小电荷粒子对原子的电离
1.8 论文结构
第二章 相关的原子物理以及量子多体方法
2.1 多体物理的重要性
2.2 原子轨道介绍
2.3 自洽场方法:Hartree-Fock理论以及Dirac-Fock理论
2.4 多组态Dirac-Fock理论（MCDF）
第三章 原子康普顿散射的研究
3.1 原子康普顿散射的计算方法
3.1.1 自由电子近似（Free Electron Approximation）
3.1.2 相对论冲量近似（Relativistic Impulse Approximation）
3.1.3 来自原子体系的修正:康普顿轮廓及散射函数
3.2 康普顿散射函数以及康普顿散射对末态光子立体角微分截面的研究
3.2.1 原子散射函数的计算
3.2.2 原子散射函数差异的原因分析
3.2.3 原子各电子亚层对应的散射函数的贡献
3.2.4 一点补充:康普顿散射总截面的计算
3.2.5 小结
3.3 康普顿散射能谱的研究
3.3.1 两个简单例子
3.3.2 散射能谱中极大值与极小值的高度比
3.3.3 能谱的线性拟合及各壳层“平台”的斜率
3.3.4 各电子亚层“平台”的相对高度比
3.3.5 理论计算与模特卡罗模拟的比较
3.3.6 一点补充,特定角度范围散射的康普顿散射能谱
3.3.7 小结
3.4 相关的实验设计
3.5 本章总结
第四章 原子康普顿散射中相对论冲量近似的改进
4.1 对相对论冲量近似改进的基本思路
4.2 相对论冲量近似改进方法中对康普顿散射双重微分截面的计算
4.2.1 康普顿散射双重微分截面计算的最简单情形
4.2.2 对康普顿散射双重微分截面其它的等效计算
4.3 改进的相对论冲量近似方法的数值结果
4.3.1 对康普顿散射双重微分截面的数值结果
i,Kf）≈XKN和近似X（Ki,Kf）≈X（Ki （pz）,Kf（pz））的正确性"> 4.3.2 Roland Ribberfors等人近似X（Ki,Kf）≈XKN和近似X（Ki,Kf）≈X（Ki （pz）,Kf（pz））的正确性
4.3.3 等效康普顿轮廓（Effective Compton Profile）
4.3.4 更多关于等效康普顿轮廓的讨论
4.3.5 数值方法的误差估计
4.4 冲量近似的局限性
4.5 改进的相对论冲量近似方法、散射矩阵方法和实验测量的对比
4.6 本章总结
第五章 微小电荷粒子对原子电离过程的研究
5.1 微小电荷粒子概述
5.2 微小电荷粒子的起源机制
5.3 微小电荷粒子对原子电离过程的计算方法
5.3.1 自由电子近似
5.3.2 等效光子近似
5.3.3 多组态混相近似（MCRRPA）
5.4 将相对论冲量近似方法应用于微小电荷粒子对原子的电离过程
5.5 微小电荷暗物质粒子的研究
5.5.1 微小电荷暗物质粒子对原子电离过程的能谱
5.5.2 探测器内反应事例数的估算
5.5.3 未来实验对暗物质粒子微小电荷探测灵敏度的估计
5.6 微小电荷中微子的研究
5.6.1 太阳中微子的通量
5.6.2 微小电荷中微子对原子电离过程的能谱
5.6.3 探测器内反应事例数的估算
5.7 本章总结
第六章 研究总结与展望
6.1 研究总结
6.1.1 原子康普顿散射的研究总结
6.1.2 微小电荷粒子对原子电离过程的研究总结
6.2 未来展望
参考文献
附录A 原子单位制简介
作者在读期间科研成果简介
致谢
彩蛋
【参考文献】：
博士论文
[1]基于CDEX-1B点电极高纯锗探测器的暗物质直接探测[D]. 杨丽桃.清华大学 2017
[2]公斤级点电极高纯锗探测器的暗物质直接探测研究[D]. 赵伟.清华大学 2016
[3]H2及几个烷烃小分子的康普顿轮廓研究[D]. 赵小利.中国科学技术大学 2015
[4]超低能量阈高纯锗探测器的暗物质直接探测[D]. 吴昱城.清华大学 2013
硕士论文
[1]基于同步辐射的原子分子康普顿轮廓研究[D]. 马永朋.中国科学院研究生院（上海应用物理研究所） 2015
本文编号：3038995
【文章来源】：四川大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：186 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
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常用符号表
第一章 前言
1.1 暗物质存在的证据与暗物质探测的意义
1.2 暗物质的候选者
1.3 暗物质探测方法
1.4 暗物质直接探测现状
1.5 中国暗物质探测实验（CDEX）
1.6 另一条途径——修改引力假设
1.7 课题意义和内容
1.7.1 原子康普顿散射
1.7.2 微小电荷粒子对原子的电离
1.8 论文结构
第二章 相关的原子物理以及量子多体方法
2.1 多体物理的重要性
2.2 原子轨道介绍
2.3 自洽场方法:Hartree-Fock理论以及Dirac-Fock理论
2.4 多组态Dirac-Fock理论（MCDF）
第三章 原子康普顿散射的研究
3.1 原子康普顿散射的计算方法
3.1.1 自由电子近似（Free Electron Approximation）
3.1.2 相对论冲量近似（Relativistic Impulse Approximation）
3.1.3 来自原子体系的修正:康普顿轮廓及散射函数
3.2 康普顿散射函数以及康普顿散射对末态光子立体角微分截面的研究
3.2.1 原子散射函数的计算
3.2.2 原子散射函数差异的原因分析
3.2.3 原子各电子亚层对应的散射函数的贡献
3.2.4 一点补充:康普顿散射总截面的计算
3.2.5 小结
3.3 康普顿散射能谱的研究
3.3.1 两个简单例子
3.3.2 散射能谱中极大值与极小值的高度比
3.3.3 能谱的线性拟合及各壳层“平台”的斜率
3.3.4 各电子亚层“平台”的相对高度比
3.3.5 理论计算与模特卡罗模拟的比较
3.3.6 一点补充,特定角度范围散射的康普顿散射能谱
3.3.7 小结
3.4 相关的实验设计
3.5 本章总结
第四章 原子康普顿散射中相对论冲量近似的改进
4.1 对相对论冲量近似改进的基本思路
4.2 相对论冲量近似改进方法中对康普顿散射双重微分截面的计算
4.2.1 康普顿散射双重微分截面计算的最简单情形
4.2.2 对康普顿散射双重微分截面其它的等效计算
4.3 改进的相对论冲量近似方法的数值结果
4.3.1 对康普顿散射双重微分截面的数值结果
i,Kf）≈XKN和近似X（Ki,Kf）≈X（Ki （pz）,Kf（pz））的正确性"> 4.3.2 Roland Ribberfors等人近似X（Ki,Kf）≈XKN和近似X（Ki,Kf）≈X（Ki （pz）,Kf（pz））的正确性
4.3.3 等效康普顿轮廓（Effective Compton Profile）
4.3.4 更多关于等效康普顿轮廓的讨论
4.3.5 数值方法的误差估计
4.4 冲量近似的局限性
4.5 改进的相对论冲量近似方法、散射矩阵方法和实验测量的对比
4.6 本章总结
第五章 微小电荷粒子对原子电离过程的研究
5.1 微小电荷粒子概述
5.2 微小电荷粒子的起源机制
5.3 微小电荷粒子对原子电离过程的计算方法
5.3.1 自由电子近似
5.3.2 等效光子近似
5.3.3 多组态混相近似（MCRRPA）
5.4 将相对论冲量近似方法应用于微小电荷粒子对原子的电离过程
5.5 微小电荷暗物质粒子的研究
5.5.1 微小电荷暗物质粒子对原子电离过程的能谱
5.5.2 探测器内反应事例数的估算
5.5.3 未来实验对暗物质粒子微小电荷探测灵敏度的估计
5.6 微小电荷中微子的研究
5.6.1 太阳中微子的通量
5.6.2 微小电荷中微子对原子电离过程的能谱
5.6.3 探测器内反应事例数的估算
5.7 本章总结
第六章 研究总结与展望
6.1 研究总结
6.1.1 原子康普顿散射的研究总结
6.1.2 微小电荷粒子对原子电离过程的研究总结
6.2 未来展望
参考文献
附录A 原子单位制简介
作者在读期间科研成果简介
致谢
彩蛋
【参考文献】：
博士论文
[1]基于CDEX-1B点电极高纯锗探测器的暗物质直接探测[D]. 杨丽桃.清华大学 2017
[2]公斤级点电极高纯锗探测器的暗物质直接探测研究[D]. 赵伟.清华大学 2016
[3]H2及几个烷烃小分子的康普顿轮廓研究[D]. 赵小利.中国科学技术大学 2015
[4]超低能量阈高纯锗探测器的暗物质直接探测[D]. 吴昱城.清华大学 2013
硕士论文
[1]基于同步辐射的原子分子康普顿轮廓研究[D]. 马永朋.中国科学院研究生院（上海应用物理研究所） 2015
本文编号：3038995
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/jckxbs/3038995.html
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