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阿尔法磁谱仪-02(Alpha Magnetic Spectrometer,AMS-02)是位于国际空间站(International Space Station,ISS)上的大型磁谱仪,能够高精度、大接收度、长曝光时间地对各种宇宙线进行精确测量。AMS-02的主要物理目标之一是暗物质的间接探测。暗物质湮灭或衰变可能会产生额外的正电子反质子等,对宇宙线正电子和反质子的测量可能会给出暗物质是否存在的关键证据。 2013年4月AMS-02发表在《物理评论快报》的0.5到350GeV的宇宙线正电子比例测量的文章确认了正电子比例的超出,2014年9月发表的文章将能区扩展至500GeV。该超出的可能物理解释包括暗物质湮灭,天体源和宇宙线传播。其中暗物质来源和天体源来源都能够很好地解释目前的测量数据。区分暗物质来源和天体源来源的关键在于500GeV以上正电子比例随能量的变化情况和宇宙线反质子比率测量结果是否存在超出。质子是精确测量正电子比例谱的最主要本底,在500GeV以上主要依靠电磁量能器(ECAL)来排除质子本底。对ECAL重建性能的进一步优化,有望提升ECAL的粒子鉴别能力。宇宙线反质子比率是否存在对传统宇宙线理论预言的超出,是暗物质间接寻找的重要手段,具有重大物理意义。 本文工作主要分两个方面,分别是对ECAL重建性能的优化工作和宇宙线反质子比率谱的测量。由于低能区(小于30GV)受太阳调制等的影响,不确定性较大,450GV以上受限于宇宙线反质子的统计量,本文仅研究30到450GV能区的宇宙线反质子比率。 对ECAL重建的优化主要包括三项工作,分别是对ECAL死道和横向泄漏的修正、对ECAL能量重建、角度和位置重建的优化以及ECAL三维拟合工作。ECAL死道和横向泄漏的修正基于电磁簇射的纵向分布公式拟合及横向分布公式的积分。死道修正前,入射粒子穿过死道输出单元时,总重建能量有约12%的偏差,修正后重建能量偏差小于1%。进行横向泄漏修正前,入射粒子在ECAL边界时总重建能量有约4%的偏差,修正后偏差小于1%。对ECAL重建能量、重建角度和位置进行的优化,使得100GeV以上能区ECAL能量分辨率好于2%、角度分辨好于0.7°并且位置分辨率好于0.4 mm。此外,全程参与MIT-IHEP组合作的ECAL三维拟合工作,该工作可以用于提升ECAL重建性能及粒子鉴别能力。 反质子研究中主要本底是电子和电荷误判的质子。利用穿越辐射探测器(TRD)和ECAL排除电子本底并对残余电子本底进行准确估计。利用径迹室(Tracker)的径迹重建信息发展多变量分析方法识别电荷误判的质子。使用模板拟合的方法从负电荷样本中同时得到反质子和电荷误判的质子的计数。再从正电荷样本中得到质子的计数,进而得到反质子比率。利用不借助MC数据的微扰法进行了交叉检验,并对系统误差进行了估计。结果显示测量能谱相对于传统模型有超出,需要理论家综合利用AMS其他的实验结果宇宙线正负电子比例、正负电子流强、宇宙线质子和宇宙线氦流强、宇宙线硼碳比以及其他宇宙线核子的测量结果,以及其他宇宙线实验如PAMELA,FERMI-LAT,ATIC,HESS等的测量结果,进一步完善理论。