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作者在XENON100暗物質(zhì)探測(cè)實(shí)驗(yàn)中，首次發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)的光電離機(jī)制并建立了雜質(zhì)的光電離模型，揭示了實(shí)驗(yàn)中一類噪音信號(hào)的物理機(jī)制，解決了長(zhǎng)期困擾合作組的中子散射模擬問題，降低了中子本底及其測(cè)量誤差；首次通過模擬給出了低能信號(hào)觸發(fā)效率的正確計(jì)算結(jié)果；評(píng)估了探測(cè)器的非線性響應(yīng)對(duì)雜質(zhì)Kr85測(cè)量結(jié)果的影響。這些工作有效提高了該實(shí)驗(yàn)探測(cè)暗物質(zhì)的靈敏度和準(zhǔn)確度。

暗物質(zhì)之謎被認(rèn)為是當(dāng)前物理界最具挑戰(zhàn)性的問題，物理學(xué)家們正在采用各種手段來解決相關(guān)問題，其中利用地下實(shí)驗(yàn)室的直接探測(cè)實(shí)驗(yàn)是最重要的科學(xué)手段之一。XENON100合作組于2011年4月13日公布了在意大利Gran Sasso國(guó)家實(shí)驗(yàn)室中暗物質(zhì)探測(cè)的最新結(jié)果，實(shí)驗(yàn)靈敏度大大領(lǐng)先于國(guó)際同類實(shí)驗(yàn)，對(duì)暗物質(zhì)性質(zhì)提供了迄今最強(qiáng)的限制，并且以90%的置信度排除了DAMA、CoGeNT實(shí)驗(yàn)的暗物質(zhì)解釋。在XENON100探測(cè)暗物質(zhì)的過程中，有諸多因素會(huì)對(duì)暗物質(zhì)探測(cè)的靈敏度和準(zhǔn)確度造成很大影響。作者參與XENON100實(shí)驗(yàn)并解決了數(shù)據(jù)分析中的一些關(guān)鍵問題，為取得最終結(jié)果奠定了基礎(chǔ)。作者的研究工作主要有以下幾個(gè)方面：
1）噪音干擾及中子散射模擬問題
XENON100采用“二相型氙”技術(shù)探測(cè)粒子與原子核作用而產(chǎn)生的閃光和電離信號(hào)，分別記為S1和S2。然而數(shù)據(jù)中物理信號(hào)波形上常伴隨著很多小S2噪音信號(hào)（簡(jiǎn)稱小S2）。由于可能來自暗物質(zhì)的信號(hào)都很小，能否降低此類噪音的干擾對(duì)暗物質(zhì)探測(cè)的靈敏度有重大影響。作者首次建立了液氙中雜質(zhì)的光電離模型，揭示了小S2產(chǎn)生的物理機(jī)制。作者據(jù)此對(duì)不同能量區(qū)域的小S2做了精確定量的分析，并且給出了鑒別該類噪音信號(hào)的方案。另外，該方案可用于定義鑒別中子單步散射和多步散射的新方法，新方法不僅成功地解決了長(zhǎng)期困擾XENON100合作組的中子散射模擬問題，而且極大地降低了中子本底及其測(cè)量誤差，從而有效地提高了暗物質(zhì)探測(cè)的靈敏度和準(zhǔn)確度。
2）低能信號(hào)觸發(fā)效率的精確計(jì)算
為了有效降低暗電流對(duì)信號(hào)的干擾，XENON100實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析中要求每個(gè)事例的光信號(hào)被2個(gè)以上的光電管同時(shí)接收。作者首次發(fā)現(xiàn)合作組2010年采用的觸發(fā)效率計(jì)算方法并不準(zhǔn)確，并利用合作組研發(fā)的模擬軟件給出了精確計(jì)算觸發(fā)效率的方法，該方法進(jìn)一步被哥倫比亞大學(xué)的合作者驗(yàn)證而被采用，為XENON100實(shí)驗(yàn)靈敏度的準(zhǔn)確計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。
3）雜質(zhì)Kr85含量的精確測(cè)量
作者發(fā)現(xiàn)并評(píng)估了探測(cè)器的非線性響應(yīng)對(duì)雜質(zhì)Kr85含量測(cè)量的影響，給出了更準(zhǔn)確的測(cè)量方法，該方法進(jìn)一步被蘇黎世大學(xué)的合作者驗(yàn)證。以該結(jié)果為基礎(chǔ)的模擬本底能譜與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)完全吻合，從而為探測(cè)器電子反沖本底的準(zhǔn)確估計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
以上研究成果是2011年4月13日公布的XENON100暗物質(zhì)探測(cè)結(jié)果的重要組成部分。不僅如此，雜質(zhì)的光電離模型在理解同類探測(cè)器信號(hào)特征中有一定的借鑒意義，在XENON100將來的數(shù)據(jù)分析中會(huì)發(fā)揮重要作用。鑒于對(duì)該結(jié)果的獨(dú)到貢獻(xiàn)，作者被合作組破例列為該結(jié)果的唯一本科生作者。

第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品 一等獎(jiǎng)
[1] Dark Matter Results from 100 Live Days of XENON100 Data, arXiv:1104.2549將發(fā)表于物理學(xué)頂級(jí)期刊Physical Review Letters（IF 7.4），據(jù)Spires數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計(jì)，從4月13日發(fā)布至今僅兩個(gè)月內(nèi)已被引用44次，并得到Nature，Science等雜志的高度評(píng)價(jià)。大型粒子實(shí)驗(yàn)作者按姓氏排名，申報(bào)人為唯一的本科生作者。
[2] Implications on Inelastic Dark Matter from 100 Live Days of XENON100 Data, arXiv:1104.3121v1 將發(fā)表于物理學(xué)期刊Physical Review D（IF 4.9）上，據(jù)Spires數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計(jì)，該文章至今被引用6次。申報(bào)人為唯一的本科生作者。