Strongly Interacting Neutrinos as the Highest Energy Cosmic Rays: A Quantitative Analysis
宇宙微波背景中的散射过程限制了超高能带电粒子在我们宇宙中的传播。对于河外质子源,共振质子的产生导致了著名的格瑞森-扎采平-库兹明(GZK)截止,在地球上观测到的光谱中,截止能量约为4 × 10^10 GeV。超高能宇宙射线的微弱通量每年小于一个事件和立方千米,宇宙射线簇射的能量校准存在很大的系统不确定性,这对宇宙射线观测站来说是一个挑战,到目前为止,GZK截止值还没有得到明确的证实。我们研究了超GZK事件的主要成分是强相互作用中微子的可能性,这些中微子不受GZK截止的限制。对于来自河外光学薄源的质子和中微子通量以及中微子-核子截面的灵活参数化,我们分析了AGASA和HiRes观测到的宇宙线谱,同时考虑到AGASA水平事件和RICE包含事件的结果。我们发现,强相互作用中微子的情况下仍然是兼容的数据需要一个急剧增加的非弹性中微子-核子截面的四个数量级的一个能量十年内相比,标准模型的预测。我们还讨论了皮埃尔俄歇天文台观测到的初步宇宙射线谱的影响。
2005-12-16 astro-ph
Neutrinos and the Highest Energy Cosmic Rays
超高能宇宙射线(UHECR)的能量超过$10^20$ eV,它的观测仍然是现代天体物理学的一个难题。即使在最强大的宇宙加速器如AGN、GRB或FR-II射电星系瓣中,也很难实现超过16焦耳的能量转移到微观粒子上。由于质子、原子核或光子的相互作用长度小于10 Mpc,潜在的源也必须位于地球的100 Mpc以内。然而,没有观察到这些来源的明显对应物。因此,呼吁新的物理学,如拓扑缺陷相互作用或超大质量遗迹粒子衰变是非常诱人的,但这样的对象尚未被证明存在。由于UHECR的通量非常低,只有非常大的专门实验,如俄歇天文台,才能对这些宇宙射线的起源有所了解。在这一探索中,中微子如果能被探测到,将是了解源的性质的宝贵信使。
2000-09-26 astro-ph
High-Energy Neutrinos from Cosmic Rays
我们介绍中微子天文学的观测事实,自然加速质子和光子的能量分别超过10^{20}和10^{13} eV。虽然宇宙射线的发现可以追溯到近一个世纪以前,但我们不知道它们是如何以及在哪里被加速的。我们回顾了事实以及对来源的猜测。在这些伽马射线暴和活动星系代表动机良好的猜测,因为它们也是最高能量的伽玛射线源,观测到的发射高达20 TeV,可能更高。我们讨论了为什么宇宙加速器也被认为是产生与最高能量宇宙射线相关的高能中微子束的宇宙束场。宇宙线源可以通过多种机制产生能量从MeV到EeV的中微子。重要的结论是,无论源的具体蓝图如何,都需要一个更大规模的中微子观测站来探测与最高能量的宇宙射线和伽马射线相关的中微子束。这种仪器的调试技术是存在的。
2002-06-17 astro-ph
Strongly interacting neutrinos as the highest energy cosmic rays
我们证明了在质心能量高于\approx 100 TeV时中微子-核子截面显著增强的假设下,从10^{17} eV到10^{21} eV的高能宇宙线谱的所有特征都可以用一个简单的类似于幂的质子注入谱来描述.在我们的假设中,质子在宇宙微波背景中传播时产生的宇宙成因中微子在大气中引发空气簇射,就像质子一样。由质子和中微子引起的总的空气簇射谱显示出与观测非常好的一致性。在标准模型中,通过电弱瞬子诱导过程,存在着一个大的中微子-核子截面的特殊可能性。
2003-10-09 astro-ph hep-ph
Relic Neutrinos and Z-Resonance Mechanism for Highest-Energy Cosmic Rays
最高能量的宇宙射线的起源仍然难以捉摸。超重粒子(X)衰变为超高能中微子并与残余(反)中微子在Z共振下发生散射具有吸引人的特点。假设X的质量为$10^{14\sim15}$ GeV,则所需的寿命$10^{15\sim16}$ y使模型的建立成为一个严峻的挑战,但我们考虑了三种逻辑上的可能性:(i)X是SU(15)中的Higgs标量,属于高阶表示,导致{ \it幂}增强的寿命;(ii)整体X量子数具有{ \it指数}抑制的瞬子破缺;和(iii)与额外的空间维度(S)本地化的X在现实世界膜导致{ \it高斯}衰减抑制,最有效的抑制机制考虑。
2000-03-01 astro-ph hep-ph
Super-Kamiokande 0.07 eV Neutrinos in Cosmology: Hot Dark Matter and the Highest Energy Cosmic Rays
如果中微子质量是分级的(约0.07 eV),那么质量在超级神冈实验结果所指示的范围内的遗迹中微子多次被认为太轻而与宇宙学无关。在这里,我们注意到这些中微子可能对宇宙的暗物质有重要贡献(具有大的轻子不对称性$L$),并且它们的存在可能被超高能宇宙射线的光谱所揭示(甚至可能在没有大的$L$的情况下)。
2000-05-25 astro-ph hep-ph
Z-Burst Scenario for the Highest Energy Cosmic Rays
最高能量的宇宙射线的起源至今仍不为人所知。一个吸引人的可能性是所谓的Z爆发方案,其中大部分宇宙射线是Z玻色子的衰变产物,产生于宇宙学遗迹中微子上的高能中微子的散射。观测到的光谱和预测的光谱之间的比较限制了最重中微子的质量。所需的中微子质量是相当强大的变化,目前未知的数量,如残余中微子集群的数量,普遍的光子射电背景和河外磁场。考虑到普通宇宙射线的不同可能性,确定了所需的中微子质量。在最合理的情况下,即普通宇宙射线是河外起源的,宇宙射电背景强到足以抑制高能光子,所需的中微子质量为0.08 eV < m_nu < 0.40 eV。在不久的将来,AMANDA、RICE或Pierre Auger天文台等实验应该可以探测到所需的高能中微子通量。
2002-10-11 astro-ph hep-ph
Can high energy neutrino annihilation on relic neutrinos generate the observed highest energy cosmic-rays?
聚集在星系晕或附近星系团晕中的大爆炸遗留的质量为$\sim 1$ eV的中微子上的高能$\sim 10^{21}$ eV中微子的湮灭被认为是通过强子Z衰变产生高能核子和光子的原因,这可能解释了探测到的大于10^{20}eV的宇宙射线的通量。我们发现,由这一过程产生的高能核子和光子的通量主要是在均匀的、非团簇的中微子背景上湮灭的,并且为了解释探测到的>10 ^{20}eV粒子的通量,10 ^{21}eV中微子的能量产生率需要>10^{48} erg/Mpc^3 yr。这个能量产生率,相当于宇宙的总光度,比解释大于10^{19}eV宇宙射线通量所需的高能核子产生率大4个数量级。因此,为了使中微子湮灭对探测到的大于10^{20}eV的宇宙射线的通量有显著贡献,就必须提出一种新的高能中微子源的存在,这种高能中微子源可能与大于10^{19}eV的宇宙射线源无关。
1998-04-02 astro-ph hep-ph
High Energy Neutrinos: Sources and Fluxes
我们简要地讨论了高能天体物理中微子的潜在来源,并显示估计的中微子通量,他们可以产生。特别注意最高能量的宇宙射线和天体物理中微子之间的联系。
2005-11-28 astro-ph
Lectures on Neutrino Astronomy: Theory and Experiment
1.中微子天文学综述:多学科科学。2.宇宙加速器:最高能量的宇宙射线。3.中微子束流转储:超大质量黑洞和伽马射线暴。4.中微子望远镜:水和冰。5.间接暗物质探测。6.更大规模的探测器。
1998-10-22 astro-ph
Very High Energy Neutrinos Originating from Kaons in Gamma-Ray Bursts
我们用迄今为止最详细的方法模拟了伽马射线暴(GRB)中中微子的产生。结果表明,伽玛暴产生的最高能量中微子主要来自K介子。虽然很少有机会探测到这样的中微子,但探测的尝试对于证明伽玛暴的物理条件非常重要。
2006-03-04 astro-ph
Astroparticle Physics with High Energy Neutrinos: from AMANDA to IceCube
像IceCube这样的千米级中微子探测器是涵盖核和粒子物理学、宇宙学和天文学的发现仪器。他们的多学科任务的例子包括寻找暗物质的粒子性质和空间的其他小维度。最后,他们的概念设计在很大程度上依赖于观测事实,即自然产生的质子和光子的能量分别超过$10^{20}$ \,eV和$10^{13}$ \,eV。大自然在哪里以及如何加速最高能量的宇宙粒子的谜题在发现它们近一个世纪后仍未解决。宇宙射线的联系决定了宇宙中微子流的规模。在这种情况下,我们讨论了完成的AMANDA探测器的第一批结果及其扩展的科学范围,IceCube。类似的实验正在地中海进行。中微子天文学也在向新的方向扩展,努力探测由超EeV中微子引发的空气簇射、声学和无线电信号。这篇评论的大纲如下:引言为什么是千米级探测器?与最高能量宇宙射线有关的宇宙中微子高能中微子望远镜:中微子探测方法高能中微子望远镜:现状
2006-02-06 astro-ph
Upward and Horizontal Tau Air-showers from Earth Crust Crowns: Traces of Highest Energy Neutrinos Beam Dump in Widest Volumes
预期的超高能中微子信号可能会从PeV高达GZK能量的上升和水平Tau空气阵雨,UPTAUS和HORTAUS,闪烁向山峰,飞机,气球和卫星。这些陆地日冕在每个高度的面积,重量和质量估计目前和未来的头空气淋浴实验。当从高山上观测时,这些质量相当于EeVs中微子能量以上几立方千米的体积,在GZK能量下(E ≥ 10^19 eV),它们甚至可能超过150立方千米,而从卫星上从轨道高度向地球的水平冕边缘观测时,它们甚至可能超过150立方千米。
2003-01-16 astro-ph hep-ex hep-ph
Neutrino Astronomy: Physics Goals, Detector Parameters
这是一个审查的高能中微子天文学,可能会做一个更大规模的探测器。重点是河外起源的扩散中微子及其与最高能量宇宙射线可能来源的关系,如活动星系、宇宙学伽马射线暴源和拓扑缺陷。
1997-07-25 astro-ph
Relic neutrino masses and the highest energy cosmic rays
我们考虑了大部分高能宇宙射线是高能宇宙中微子与宇宙学遗迹中微子散射产生的Z玻色子衰变产物的可能性。我们将观测到的高能宇宙线谱与上述Z-爆发情景中的预测谱进行了比较,并通过极大似然分析确定了最重遗迹中微子的必要质量以及必需的高能宇宙中微子通量。我们表明,以这种方式获得的中微子质量的值是相当强大的变化,目前未知的数量,如中微子集群的数量,普遍的无线电背景,和河外磁场,在其预期的不确定性。更强有力的系统论产生于对来自未解决的天体物理学来源的普通宇宙射线的漫射背景的不同可能假设。在这些普通宇宙射线是起源于河外的质子的最合理的情况下,人们在68%的置信水平下得出所需的中微子质量在0. 08 eV -1. 3 eV范围内。如果假设有一个特定的宇宙射电背景,这个范围会大大缩小,例如,对于一个大的背景,这个范围会缩小到0.08 eV - 0.40 eV。在不久的将来,AMANDA、RICE和皮埃尔·俄歇天文台应该会探测到共振能量附近所需的高能宇宙中微子通量,否则Z爆发的可能性将被排除。
2002-03-20 astro-ph hep-ph
Ultrahigh energy neutrino scattering onto relic light neutrinos in galactic halo as a possible source of highest energy extragalactic cosmic rays
轻质量的扩散残余中微子对数千EeV的超高能(UHE)中微子是透明的,这些中微子是由UHE质子在残余2.73K BBR辐射下光生π介子产生的,起源于宇宙距离的活动星系核。然而,这些UHE $ν$可能与那些聚集在HDM星系晕中的(主要是最重的$ν_{μ_r}$、$ν_{τ_r}$和各自的反中微子)相互作用。UHE光子或质子,其次是$νν_r$散射,可能是这种高能链式反应的最终观测特征,并可能是最高的河外宇宙射线(CR)事件的原因。链反应转换效率,分支和能量被认为是1991年10月CR事件在320 EeV的蝇眼探测器在犹他州观察。这些量似乎与塞弗特星系MCG 8-11-11的距离、方向和能量(在MeV伽马能量下观察到的)相一致。$νν_r$相互作用的概率是有利于至少三个数量级的直接$ν$散射到地球大气中。因此,它可能更好地解释了令人困惑的320 EeV事件的河外起源,同时提供了热暗星系晕的间接证据(即,$m_ν\sim$数十eV)中微子,可能是τ型中微子。
1998-12-30 astro-ph hep-ex hep-ph
Ultrahigh Energy Cosmic Rays and Neutrinos
讨论了最高能量宇宙射线(UHECR)与UHE中微子的关系。在光学薄天体物理源中产生的中微子与宇宙的UHECR发射率有关。宇宙成因中微子的通量,在传播中产生的UHECR,也反映了这些粒子的加速,最大加速能量,以及它们的源的宇宙学演化。
2007-11-12 astro-ph
Planet-sized Detectors for Ultra-high Energy Neutrinos & Cosmic Rays
银河系外天文学的光子在~0.1 PeV处结束,但我们知道还有超过70年的能量的天体物理来源。为了探测宇宙中最高的能量源和粒子,需要新的信使,如中微子和具有行星大小面积的探测器。本说明提供了一个可能性的一瞥。
2004-11-17 astro-ph
Astrophysical Origins of the Highest Energy Cosmic Rays
讨论了高能宇宙射线的潜在天体物理源的理论问题,包括能量收支和粒子逃逸与传播的一些问题。在简要讨论活动星系核喷流和伽玛暴后,我们强调了重核起源于星系团吸积激波的可能性。除了中微子作为源识别的诊断工具的X射线和伽马射线签名的重要性被强调。
2007-02-01 astro-ph
Bounds on the cosmogenic neutrino flux
在假设观测到的最高能量宇宙射线中有一部分是由来自宇宙学距离的质子组成的情况下,我们推导出了由非弹性过程产生的中微子与宇宙微波背景光子的相关通量的界限。我们采用两种方法。首先,假设一个类似功率的注入谱。然后,一个独立的模型技术,所观察到的质子通量的反演的基础上,提出。推断的下限是相当稳健的。正如预期的那样,上限取决于最高能量宇宙射线的未知成分。我们的结果代表了所有高能中微子望远镜的基准。
2003-09-15 astro-ph hep-ph
High-energy Neutrino Astronomy: Science and First Results
我们介绍中微子天文学从观测事实,自然加速质子和光子的能量超过10^{20}和10^{13} eV,分别。虽然宇宙射线的发现可以追溯到一个世纪以前,但我们不知道它们是如何以及在哪里被加速的。我们审查的意见,以及猜测的来源。在这些伽马射线暴和活动星系代表动机良好的猜测,因为它们也是最高能量的伽玛射线源,观测到的发射高达20 TeV,可能更高。我们讨论了为什么宇宙加速器被认为是产生与最高能量的宇宙射线相关的中微子束的宇宙束场。宇宙线源可以通过多种机制产生能量从MeV到EeV的中微子。重要的结论是,无论源的具体蓝图如何,都需要一个更大规模的中微子观测站来探测与最高能量的宇宙射线和伽马射线相关的中微子束。南极的AMANDA探测器已经确定了调试这种仪器的技术。我们回顾了它的性能,并收集了数千个中微子,它的第一个科学成果。
2003-01-08 astro-ph hep-ph
High Energy Neutrino Astronomy - the cosmic-ray connection
几个最高能量宇宙射线起源的模型也预测了显著的中微子通量。这些模型的一个共同点是,它们必须提供足够的能量,以提供宇宙辐射中河外部分所观测到的能量。假设相当数量的能量进入高能中微子,允许对可能预期的中微子信号进行独立于模型的估计。
2000-11-28 astro-ph
Highest Energy Neutrino Showers in EUSO
EUSO实验在监测向下的地球大气层时,可以观察到常见的超高能宇宙射线(UHECR),也可以观察到高能中子诱导簇射,这些簇射要么以高(PeVs)能量向上燃烧到探测器,要么以高得多的GZK E >= 10^19 eV能量向上燃烧到探测器,水平地在空气中簇射,要么垂直向下簇射。这些向上、水平和垂直的簇射中的一小部分可能是由天体物理上的UHE中微子与地球大气层本身的直接相互作用产生的;然而,UHE中微子的主要信号是向上和水平的Tau空气簇射,UPTAUS和HORTAUS(或掠过地球的中微子),出生在最宽的地壳冠(海或岩石)区域,分别在PeVs和GZK能量下通过UHE nu_tau + Nuclei--> tau相互作用:它们的速率和特征显示在EUSO阈值与其他UHE空气相互作用中微子信号和背景的中微子注量图中。在10^19 eV的能量下,EUSO观测到的源自HORTAU的有效靶质量可能超过(在海上)一个宽而巨大的环体积,其大小超过1/2*A_Euso*l_tau*(L_nu/2 R_Earth)^2 = 5130 km ^3。由此产生的HORTAUS事件率(即使在10% EUSO占空比寿命下)可通过至少100次年度事件对预期的Z-突发模型进行深入测试。即使是最罕见但不可避免的GZK中微子(观测到的宇宙UHECR中产生的次级中微子)也可能在几个(或几十个)水平簇射事件中被发现;从这一观点来看…
2003-05-05 astro-ph gr-qc hep-ph
Shadows of Relic Neutrino Masses and Spectra on Highest Energy GZK Cosmic Rays
The Ultra High Energy (UHE) neutrino scattering onto relic cosmic neutrinos in galactic and local halos offers an unique way to overcome GZK cut-off. The UHE nu secondary of UHE photo-pion decays may escape the GZK cut-off and travel on cosmic distances hitting local light relic neutrinos clustered in dark halos. The Z resonant production and the competitive W^+W^-, ZZ pair production define a characteristic imprint on hadronic consequent UHECR spectra. This imprint keeps memory both of the primary UHE nu spectra as well as of the possible relic neutrino masses values, energy spectra and relic…
2001-02-24 astro-ph gr-qc hep-ex
Determining neutrino absorption spectra at Ultra-High Energies
超高能中微子流量测量的一个非常有效的方法是通过探测月壤中粒子簇射发射的无线电波。在现代射电望远镜可以测量的100-200 MHz频带中的无线电波达到最高接受度。在这项工作中,我们调查的灵敏度,这种检测方法的结构在UHE中微子光谱所造成的低能量遗迹反中微子背景通过Z-玻色子共振吸收。吸收峰的位置对中微子质量和源的红移敏感。新一代的低频数字射电望远镜将为测量这些无线电脉冲提供出色的探测能力,因此我们在这里的审议非常及时。
2008-04-16 astro-ph
Neutrinos from active black holes, sources of ultra high energy cosmic rays
最高能量的宇宙射线(~ EeV以上)与活动星系核(AGN)的分布之间的相关性,引起了中微子产生在相同的来源的预测。在本文中,我们提出了一个详细的活动星系核模型,预测中微子生产附近的脚喷流,在那里的光子场从磁盘和同步辐射从喷流本身创建高光学深度的质子-光子相互作用。质子从后面的冲击中逃逸出来,在那里发射区对于质子-光子相互作用来说是光学薄的。因此,宇宙射线被预测来自FR-I星系,独立于源的方向。另一方面,由于强烈的中微子发射,中微子只能从指向地球的射电源中观察到,即平谱射电源,特别是BL Lac型物体。
2008-12-18 astro-ph
High-Energy Neutrino Astronomy
像IceCube这样的千米级中微子探测器是涵盖核和粒子物理学、宇宙学和天文学的发现仪器。他们的多学科任务的例子包括寻找暗物质的粒子性质和空间的其他小维度。最后,他们的概念设计在很大程度上依赖于观测事实,即自然界将质子和光子分别加速到超过10^{20}和10^{13} eV的能量。宇宙射线的联系决定了宇宙中微子流的规模。在这种情况下,我们讨论的第一个结果完成的AMANDA检测器和其扩展,冰立方的范围。类似的实验正在地中海进行。中微子天文学也在向新的方向扩展,努力探测由能量类似于最高能量宇宙射线的中微子引发的空气簇射、声学和无线电信号。
2005-01-26 astro-ph
Astrophysics at the Highest Energy Frontiers
我讨论的物理学和天体物理学的最高观测能量的宇宙射线和宇宙γ射线,以及相关的物理学和天体物理学的甚高能量宇宙中微子的最新进展。我还讨论了这些主题之间的联系。
2002-12-06 astro-ph hep-ph
Search for High Energy Neutrino Emission from Gamma-Ray Bursts with the A ntarctic Muon and Neutrino Detector Array (AMANDA)
由激波加速的质子产生π介子的光介子可以从南极μ介子和中微子探测器阵列(AMANDA)或其更大的后继者中观测到的伽马射线暴(GRB)中产生~10^14 eV的中微子暴。测量这种通量可以检验伽马射线暴是最高能量宇宙射线源的假设,而伽马射线暴中微子可以允许在中微子极限速度,中微子振荡和弱等效原理方面进行高精度实验。中微子发射主要可以在瞬发伽马射线闪光期间预期,卫星重合提供了一个明确的位置和时间窗口,可以从北半球的爆发中搜索AMANDA中过量的上行μ子事件。通过对1997年AMANDA-B10数据集的78个伽玛暴样本进行事件质量分析,进一步降低了背景值,我发现每个伽玛暴的注量极限为(E_nu)^2(dN_nu)/(dE_nu)<3.8*10^-4 min(1,E_nu/E_break)[TeV cm^-2],这比以前类似的研究严格了几个数量级。
2000-08-16 astro-ph
Cosmic UHE Neutrino Signatures
利用动力学(辐射)部分子模型独特可靠的超小- $x$预言,计算和分析了各种宇宙UHE中微子通量引起的标称事件率及其详细的能量依赖关系。此外,最大的Regge模型启发小- $x$结构函数用于获得不一定需要“新的”物理解释的最佳速率。向上的$μ^+ +μ^-$事件率估计考虑到总的和最低点的角度依赖的再生效应,由于中性电流的相互作用。为了探索河外中微子源在最高的能量(\raisebox{-0.1cm}{$\stackrel{>}{\sim}$} $10^8$ GeV)与现代(未来)地面望远镜,我们分析水平的空气淋浴事件率和淋浴事件引起的地球-掠过τ-中微子,特别是其详细的淋浴-和宇宙中微子-能量的依赖性。作为“新物理学”含义的一个例子,我们估计了由于在低TeV尺度下中性流中微子-夸克和中微子-胶子相互作用中自旋-2 Kaluza-Klein“引力子”交换引起的相关水平空气簇射事件率。
2003-05-27 astro-ph
High Energy Neutrino Flashes from Far-Ultraviolet and X-ray Flares in Gamma-Ray Bursts
斯威夫特卫星最近对明亮的光学和X射线耀斑的观测表明,这些耀斑是由中央发动机的后期活动产生的。在晚激波模型下研究了远紫外和X射线耀斑的中微子发射。我们表明,在最高能量的π介子生产的效率是可比的或高于单位,从这样的中微子闪光的一个弥漫的非常高的能量中微子背景的贡献可以大于瞬发爆发,如果输入到耀斑的总重子能量是可比的瞬发爆发的辐射能量。这些信号可能被冰立方探测到,并且非常重要,因为它们有可能探测耀斑的性质(重子负载,光子场,磁场等)。
2006-08-07 astro-ph
Ultra-High Energy Neutrino Fluxes: New Constraints and Implications
我们应用新的上限中微子通量和扩散的GeV的伽玛射线通量的河外成分的各种超高能宇宙射线和中微子的情况。结果发现,河外自上而下源对观测到的高能宇宙射线通量没有显著贡献。如果宇宙学对中微子质量和成团的限制适用,那么超高能中微子通过与残余中微子相互作用产生宇宙射线的Z-爆发机制实际上被排除。
2003-09-29 astro-ph hep-ph
Neutrino Masses in Astroparticle Physics
大气和太阳中微子振荡实验中中微子质量差异很小的情况已经变得令人信服,但总的中微子质量尺度m_nu尚未确定。2dF星系红移巡天结合宇宙结构形成标准理论给出了最严格的mnu <0.8eV的极限。热暗物质分数与m_nu之间的关系取决于中微子的宇宙数密度n_nu。如果太阳中微子振荡确实对应于有利的大混合角MSW解,那么大爆炸核合成给了我们所有中微子化学势的限制,消除了先前的n_nu的不确定性。因此,未来可能对m_nu的测量将直接建立宇宙中微子质量分数Omega_nu。亚电子伏特质量的宇宙中微子在产生最高能量的宇宙射线(Z-爆发场景)方面可以发挥有趣的作用。亚电子伏特的质量也自然地与宇宙重子不对称的轻子创生情节有关。不幸的是,银河系或本族超新星中微子爆发的飞行时间色散在亚电子伏特范围内并不敏感。
2002-08-08 astro-ph
Ultrahigh Energy Neutrinos and Cosmic Rays as Probes of New Physics
宇宙高能中微子与宇宙射线的起源密不可分,是天体物理学中尚未解决的主要问题之一。特别是,观测到的最高能量宇宙射线具有宏观能量,它们的起源可能与宇宙中最具能量的过程有关。它们的存在引发了一系列的理论解释,从传统的冲击加速到标准模型之外的粒子物理学,以及发生在我们宇宙最早时刻的过程。此外,许多新的实验活动承诺在最高能量和伽马射线和中微子天体物理学的结合,将大大增加统计这些理论模型的约束。特别是超高能中微子的探测,通过新的实验技术变得可能,并将开辟一条重要的新渠道。我们对这个快速发展的领域进行了概述,特别强调了新的实验思想和探索电弱尺度之外的新物理的可能性。
2001-09-21 astro-ph hep-ph
On a mechanism of highest-energy cosmic ray acceleration
讨论了最近提出的注入中子星磁层的等离子体团产生的极化电场加速高能宇宙射线的机制。
2001-04-04 astro-ph
Prospects for radio detection of ultra-high energy cosmic rays and neutrinos
最高能量宇宙射线事件的起源和性质目前是利用巨型空气簇射阵列和荧光探测器进行密集调查的主题。这些粒子达到的能量远远超过地面粒子加速器所能达到的能量,因此它们是粒子物理学和天体物理学的基本探测器。由于这些高能粒子的稀缺性,越来越大的地面探测器被建造出来。如果设计得当,新一代数字射电望远镜可能在这方面发挥重要作用。宇宙射线簇射的无线电探测有着悠久的历史,但在20世纪70年代被放弃了。最近的实验发展与复杂的空气簇射模拟结合无线电发射给一个更清晰的理解之间的关系的空气簇射参数和无线电信号,并导致其使用的复苏。SKA对空气簇射的观测,由于其大的收集面积,可以为测量最高能量的宇宙射线谱做出重大贡献。由于月球的表面积很大,SKA具有预期的优良角分辨率,利用SKA探测月壤中中微子诱导级联的无线电切伦科夫辐射将是研究光生截止能量以上宇宙线起源的最重要的技术。(节略)
2004-09-09 astro-ph
Multi-Messenger Astronomy: Cosmic Rays, Gamma-Rays, and Neutrinos
虽然宇宙射线在一个世纪前就被发现了,但我们不知道它们是在哪里以及如何被加速的。天文学中最古老的问题将很快通过雄心勃勃的实验得到解决,这是一个现实的希望:面积为10,000平方米的空气簇射阵列,空气切伦科夫望远镜阵列和千米级中微子观测站。他们的前辈正在创造科学。我们将回顾亮点:- 宇宙射线:最高能量粒子和GZK截止,宇宙加速器的搜索和天鹅座区域,自上而下的机制:光子与质子?- TeV能量的伽马射线:耀变体,分子云如何揭示质子束,漫射红外背景的第一个暗示?- 中微子:建造更大规模天文台技术的初步结果和概念验证。
2003-02-24 astro-ph
Plasmoid impacts on neutron stars and highest energy cosmic rays
粒子加速的静电极化场所产生的等离子体流经磁场被讨论作为一种可能的加速机制的最高能量宇宙射线。具体而言,等离子体团产生的小行星撞击到中子星磁层被认为是。我们发现,这种影响在合理的速率可能解释所观察到的最高能量宇宙射线的通量和能谱。
2001-04-04 astro-ph
Monopole Annihilation and Highest Energy Cosmic Rays
已经探测到能量超过$10^{20}\eV$的宇宙射线。这些最高能量的宇宙射线的来源仍然未知。现有的天体物理加速机制在将粒子加速到这些能量方面遇到了严重的困难。文献中提出了这些粒子是由宇宙拓扑缺陷衰变产生的替代方案。在本文中,我们研究的可能性产生的最高能量的宇宙射线,通过一个过程,涉及到形成亚稳态的磁反磁束缚态和随后的崩溃。重的质子-反质子对构成的单极子的湮灭可以产生高能核子,γ射线和中微子,我们估计和讨论的预期流量与实验数据迄今为止。我们所考虑的单极子是在宇宙早期大统一能量尺度下的相变中可能产生的。我们发现,可观测到的宇宙线通量可以产生与目前的界限兼容的丰度。
1994-12-15 astro-ph
Extreme-Energy Cosmic Rays: Puzzles, Models, and Maybe Neutrinos
对20个10^{20} eV及以上的宇宙射线空气簇射的观测,为粒子天体物理学提出了令人着迷的问题:初级粒子如何被加速到这些能量,初级粒子如何通过充满宇宙的2.7K微波背景到达这里,以及最高能量的事件是如何在少数几个当带电粒子被宇宙磁场弯曲时,天空中的角度标度。概述的难题,其次是一个简短的讨论,提出了许多解决这些难题的模型。重点放在(i)的签名,宇宙射线实验在不久的将来将区分许多建议的模型,和(ii)中微子原色可能在解决观测问题中发挥的作用。最高能量的宇宙射线可能已经为我们提供了在地面加速器搜索中无法获得的新物理学,这是一个令人兴奋的前景。
2001-03-02 astro-ph hep-ph
High Energy Cosmic Rays from Neutrinos
我们讨论了最近的模型中,中微子,这被假定为有质量的eV范围内,起源于最高能量的宇宙射线的遗迹宇宙中微子背景的星系晕的增强密度的相互作用。我们所需的中微子通量的分析计算表明,这些模型的参数空间是由水平的空气簇射搜索和背景中微子的总数的限制,使只有模型,有相当不自然的晕的大小和增强的密度是允许的。
2000-04-03 astro-ph hep-ph
Neutrino Fluxes from Active Galaxies: a Model-Independent Analysis
有诱人的线索表明,由活跃星系中心的超大质量黑洞提供动力的喷流是真正的宇宙质子加速器。它们产生TeV能量的光子,可能更高,可能是最高能量宇宙射线的神秘来源。紫外光加速质子产生的中性π介子是最高能量光子的来源,银河系的大部分辐射光度都可以在其中发出。然而,质子束为活跃星系提供能量的情况还远没有定论。来自带电π介子衰变的中微子代表了质子诱导级联的无可争议的特征。我们表明,它们的通量可以估计模型无关的方法,基于量纲分析和教科书粒子物理。我们的计算也证明了为什么不同的质子耀变体模型产生非常相似的中微子通量的结果,与这里得到的一致。
1997-02-21 astro-ph hep-ph
Ultrahigh-Energy Neutrino Interactions and Neutrino Telescope Event Rates
我们目前的中微子核子截面的能量高达10 $^21$ eV,相关的探测能量的银河系和河外中微子的结果。在最高能量下,我们的结果比以前的估计大2.4倍。使用这些新的截面,我们预测中微子望远镜事件率的向上移动的μ子发起的中微子相互作用在地球上和包含顶点事件的PeV范围内,由于中微子-电子相互作用。我们表明,未来的中微子探测器,如AMANDA,BAIKAL,DUMAND和NESTOR有一个很好的机会检测中微子起源于活动星系核。
1996-04-09 astro-ph hep-ph
Neutrinos from the Annihilation or Decay of Superheavy Relic Dark Matter Particles
鉴于越来越多的证据表明,最高能量的宇宙射线主要是质子,而不是伽马射线,我们讨论的前景,这些宇宙射线产生的衰变或湮灭的超重遗迹粒子。我们计算了由此产生的高能中微子能谱,并将计算结果归一化到超高能宇宙线能谱。我们表明,大多数scenerios已经受到限制,目前的限制放置的AMANDA实验。
2002-04-09 astro-ph hep-ph
Hard pomeron enhancement of ultrahigh-energy neutrino-nucleon cross-sections
核子结构函数的未知小x行为给高能中微子-核子截面带来了相当大的不确定性。我们利用A. Donnachie和P. V. Landshoff用软和硬pomerons,并在较大的x微扰QCD表达式。对于每个Q^2,两个区域之间的光滑插值是借助于简单的多项式函数来提供的。为了从Donnachie-Landshoff函数$F_2^{ep}(x,Q^2)$得到低x中微子-核子结构函数$F_2^{νN, \bar νN}(x,Q^2)$和$F_{3}^{νN,\bar νN}(x,Q^2)$的单重态部分,我们使用了由微扰QCD计算得到的依赖于Q^2的比率R_2(Q^2)和R_3(Q^2)。在低x时,F_3的非单态部分很小,可作为大x时微扰函数的幂律外推。这个过程给出了在x和Q^2的整个范围内的一整套光滑的中微子-核子结构函数。利用这些结构函数,我们计算了中微子-核子截面,并与文献中已知的一些截面进行了比较。我们的截面在最高能量下是最大的,这可以用硬坡密子的贡献来解释。
2001-12-06 astro-ph hep-ph
Resonant conversions of extremely high energy neutrinos in dark matter halos
本文研究了当$ν$源位于星系中心时,最高能量($ \sim 10^{20}$ - $10^{22}$ eV)的中微子在星系晕中的共振转换效应。使用标准的中微子属性和标准的宇宙学的情况下,热暗的物质的一部分,我们发现,有趣的转换可能会发生的中微子参数相关的太阳和大气中微子的问题。这种效应是由于星系晕中$ν$密度的大幅度增强以及$Z$共振极上下的有效物质势的形成。
1999-02-24 astro-ph hep-ph
Limits on Topological Defect Neutrino fluxes from Horizontal Air Shower measurements
我们得到的水平空气簇射率从(EeV)的高能中微子通量预测在一些拓扑缺陷的情况下,作为最高能量的宇宙射线的来源。强调的是不同的字符的事件取决于中微子味的一种类型的相互作用。我们表明,在$10^5-10^7$ GeV的能量范围内的μ子穷人阵雨的约束违反超导宇宙弦中微子通量的最大预测,我们比较它与其他中微子通量的限制,我们讨论了未来的测量,以进一步限制这些模型。
1996-11-30 astro-ph hep-ph
Dynamical QCD Predictions for Ultrahigh Energy Neutrino Cross Sections
在动力学(辐射)部分子模型的框架下,计算了中微子能量达到10^12 GeV的中微子-核子总截面.在最高能量下,这些预测的预期不确定度不会超过20%,此时在x \simeq 10^-8到10^-9附近尚未测量的区域中,部分子分布的贡献是不可忽略的。这比计算UHE宇宙中微子事件率所需的部分子分布外推到x<10^-5时估计的约2^+-1的不确定度要精确得多。
1998-09-22 astro-ph hep-ph
Ultra-High Energy Cosmic Rays from Neutrino Emitting Acceleration Sources?
我们证明了通过数值通量计算,中微子束产生观测到的最高能量的宇宙射线的弱相互作用与遗迹中微子背景需要一个非均匀分布的源。这样的源必须将质子加速到至少10^{23} eV,必须对它们的初级质子不透明,并且应该发射次级光子,这些次级光子与中微子一起产生的次级光子只能在亚MeV区域内,以避免与EGRET实验测量的漫射伽马射线背景发生冲突。即使这样的源类存在,在这种情况下所涉及的参数产生的巨大的不确定性,目前不允许提取任何有意义的信息的绝对中微子质量。
2001-12-28 astro-ph hep-ph
Neutrinos Associated With Cosmic Rays of Top-Down Origin
自上而下的宇宙射线模型产生的中微子比光子多,光子比质子多。在这些模型中,我们重新评估了与最高能量宇宙射线相关的中微子通量,因为越来越多的证据表明它们是质子而不是伽马射线。虽然在EeV能量的质子优势可能是通过有效吸收的占主导地位的高能光子通量的普遍和银河系的光子和磁背景场,我们表明,相关的中微子通量不可避免地增加到一个水平,它应该是在范围内的操作实验,如AMANDA II,水稻和AGASA。在未来的中微子望远镜中,每年每平方公里可能会探测到数十到一百个中微子,而不是几个中微子。
2002-05-21 astro-ph hep-ph
Cosmic Neutrinos from the Sources of Galactic and Extragalactic Cosmic Rays
虽然像冰立方这样的更大规模的中微子探测器是发现仪器,但它们的概念设计在很大程度上是基于这样一个观测事实:自然界产生的质子和光子的能量分别超过10^20 eV和10^13 eV。大自然在哪里以及如何加速最高能量的宇宙粒子的谜题在发现它们近一个世纪后仍未解决。从能量学的考虑,我们预计每年每平方公里有10~100个中微子事件,指向银河系和河外宇宙射线的源头。在这方面,我们讨论的结果的AMANDA和冰立方中微子望远镜,将提供一个平方年的数据在未来3年。
2006-11-29 astro-ph hep-ph
Ultrahigh-energy neutrino flux as a probe of large extra-dimensions
在额外维度的情况下,超高能(UHE,>= 10^{18} eV)中微子的光谱将受到抑制,这是由于超新星遗迹中微子的中微子-反中微子湮灭过程增强。在n>4的情况下,n是额外维度的数量,中微子不能对UHE宇宙线谱中观察到的最高能量事件负责。这些额外维度的相互作用的直接暗示是在正在进行的和未来的中微子望远镜中没有UHE中微子。
2007-12-03 astro-ph hep-ph hep-th
Possible detection of relic neutrinos and their mass
近年来,最高能量的宇宙射线中有很大一部分可能是Z玻色子的衰变产物,而Z玻色子是由高能宇宙中微子与宇宙学遗迹中微子共振湮灭而产生的。如果我们认真对待这种所谓的Z-爆发的情况,我们可以通过比较预测的Z-爆发光谱和观测到的宇宙射线光谱来推断最重的遗迹中微子的质量以及必要的高能宇宙中微子通量。
2001-11-09 astro-ph hep-ex hep-ph
Probing Grand Unified Theories with Cosmic Ray, Gamma-Ray and Neutrino Astrophysics
我们探讨的情况下,最高能量的宇宙射线产生的新粒子物理学的大统一尺度附近。使用详细的数值模拟河外核子,伽马射线和中微子的传播,我们表明存在一个有趣的参数范围,这样的情况下,可以解释部分数据,并与所有的观测约束。建议的超高能宇宙射线观测站、几公里尺度的中微子望远镜和伽马射线天体物理学仪器的组合应该能够测试这些场景。特别是,对于eV范围内的中微子质量,超重粒子的专属中微子衰变模式可以产生与活动星系核模型中预测的中微子通量相当的中微子通量。
1998-09-02 astro-ph hep-ph