The GZK Bound in Discrete Space
如果有某种机制迫使超高能宇宙射线（UHECR）在星系际空间中以离散间隔而不是连续传播，那么能量高于Greisen-Zatsepin-Kuzmich截止值$\sim 10^{19} eV$的UHECR的最大距离界限会显著松弛。特别是，小到一个毫微微米的间隔放松质子的约束一个数量级，并可能占所观察到的过量的UHECR通量。
2006-02-14 astro-ph
Space-Time Foam Effects on Particle Interactions and the GZK Cutoff
利用具有反冲的D膜量子涨落的非临界Liouville弦模型模拟时空泡沫，讨论了粒子传播和相互作用中的动量和能量守恒问题。我们认为，动量应该是保守的传播过程中，平均在相互作用，但能量是保守的，只有平均在传播过程中，一般不保守的粒子相互作用，因为在背景度量的变化。本文讨论了高能宇宙射线的GZK截止的可能修改，根据这种能量不守恒以及通常的相对论动量-能量关系的可能修改。
2000-12-21 astro-ph gr-qc hep-ph
Ultra-high energy cosmic rays without GZK cutoff
我们研究了作为超高能宇宙射线（UHE CR）源的超重（m_X \geq 10^{13}GeV）和准稳（寿命τ_X远大于宇宙年龄t_0）粒子的衰变。这些粒子被认为是宇宙中CDM的一小部分，在我们银河系的晕和星系际空间中的CDM是相同的。这些粒子的基本粒子和宇宙学的情况进行了简要概述。计算了X粒子衰变产生的UHE CR通量.主要贡献是来自我们银河系晕的光子和核子通量，因此它们不存在GZK截止。UHE CR的河外成分被较小的河外X粒子密度所抑制，因此级联限制被放宽。我们讨论了产生的广泛空气簇射（EAS）的光谱和来自室女星系团的信号作为这个模型的签名。
1997-08-23 astro-ph hep-ph
Neutrons and antiprotons in ultrahigh energy cosmic rays
考虑中子衰变的时间膨胀效应和GZK截止能量以上的π介子光生行为，分析了GZK截止能量附近的甚高能宇宙射线中的中子分数.我们预测一个非平凡的中子分数以上的GZK截止和一个可忽略的小中子分数以下。然而，在GZK截止点以下的高能宇宙射线中应该有一个大的反质子分数，在几个现有的模型中观察到的宇宙射线事件以上和附近的GZK截止点。如果没有中子的贡献，那么在初级核子宇宙射线与大气的碰撞中，这样大的反质子分数可以通过μ子电荷比$μ^+/μ^-$表现出来。建议利用μ子电荷比作为探测GZK截止附近或以下初级宇宙射线成分的信息之一。
2005-09-06 astro-ph hep-ex hep-ph
GZK cutoff distortion due to the energy error distribution shape
超高能宇宙射线（UHECR）的能量重建误差会使观测到的能谱发生畸变。在这里，我们表明，如果误差分布的形状是对数正态分布，宇宙射线谱的高端将被扭曲。这是不同的，并且可能比能量中的误差幅度的影响更显著。我们估计的UHECR光谱在地球上假设它是起源于宇宙流。然后，假设能量的对数正态误差，我们对这个通量进行卷积。我们表明，如果对数正态误差分布的标准偏差是等于或大于0.25，测量的能量谱的形状和归一化将被修改显着。因此，GZK截止值可能被充分涂抹，无法看到。这个结果与宇宙学通量的幂律无关。作为一个结论，我们表明，为了建立或不存在的GZK功能，不仅需要更多的数据，但也必须知道的能量误差分布的形状。
2006-03-29 astro-ph hep-ex hep-ph
The spectrum features of UHECRs below and surrounding GZK
在雅库茨克阵列数据库分析的基础上，讨论了超高频ECR的能谱。在E=0.1至30 EeV的区域中，在触发-500下检测到簇射，而在高于30 EeV的能量下，使用触发-1000的整个接受区域，以便利用GZK截止区域中可用的所有数据。
2004-08-26 astro-ph
Low Statistics of EHECRs
超高能宇宙射线未知源的性质可以通过探测宇宙射线谱中的GZK特征来揭示。仅有的两个探测这个能量范围的实验，AGASA和HiRes，有明显矛盾的结果。HiRes测量的通量与GZK特征一致，而AGASA报告的所谓超级GZK粒子的通量大于预期。在这里，我们强调，两个实验都没有收集必要的统计数据，以确定GZK截止值。负责GZK功能的光子生产是随机的截止附近的能量，导致低统计测量的光谱的大波动。我们表明，从AGASA和HiRes结果的结果是在约$ 2 σ$内的另一个通过模拟400个光谱的输入光谱指数的范围内归一化到事件的数量以上$10^{19}$ eV的每个实验。如果将能量的15%系统校正应用于两个实验，则实验之间的一致性显著提高，并且对于两个数据集，最佳拟合输入光谱指数变为$\sim 2.6$。我们的结果清楚地表明，需要更大的实验，如俄歇和EUSO，可以增加2个数量级的检测事件的数量。只有大量的统计实验才能最终证明或反驳宇宙线谱中GZK特征的存在。
2003-03-07 astro-ph
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
The GZK Feature in our Neighborhood of the Universe
假设超高能宇宙射线的源像观测到的星系一样分布在太空中，我们用数值方法计算了地球上的超高能宇宙射线谱。我们使用CfA 2和PSCz星系红移调查本地星系分布模型，适当考虑到每个调查的星系选择功能。当调查选择的影响，我们发现，当地的过密度只有一个因素的两个，一个数量级小于在一些早期的研究中使用。过密度为2不足以弥补$10^{20}$ eV以上事件的预测数量与这些最高能量下测量的通量之间的差距。这一结论对于软注入光谱（$\propto E^{-3}$）尤其强，其中观察到的事件数比预期的高6 $σ$。然而，如果注入光谱是硬的（$\propto E^{-2}$），则小的局部过密度有助于使当前数据在预测的高于$10^{20}$ eV的低事件数的2 $σ$内。在这种情况下，Greisen-Zatzepin-Kuzmin截止不是{ \it截止}，而是宇宙射线谱中的{ \it特征}。
2000-09-28 astro-ph
On Gamma Ray Burst and Blazar AGN Origins of the Ultra-High Energy Cosmic Rays in Light of First Results from Auger
HiRes和Auger天文台对GZK截止点的发现以及Auger对沿超银道面向附近<~75 Mpc活动星系核聚集的>~60 EeV超高能宇宙射线（UHECR）的发现，确立了UHECR的天体物理起源。UHECR的可能来源是伽马射线暴和射电噪声活动星系核，因为：（1）它们是河外的;（2）它们足够强大;（3）在相对论喷出物中可以实现超高能加速;（4）异常的X射线和伽玛射线特征可以用相对论冲击波中的非热强子加速来解释;（5）源位于GZK半径内。两个参数的加速UHE的，并限制UHECR离子加速。UHECR离子被证明是能够生存没有光致衰变，而通过活动星系核散射辐射场，即使在宽线区域深发射。整个宇宙时间的UHECR注入符合UHECR的测量能谱，至少对质子来说是这样。本地UHECR质子和离子的相互作用和能量损失平均自由程计算使用经验拟合河外背景光（EBL）在红外和光学能量。最小星系际磁场（IGM）~ 1 e-11 G是从假设特定源起源的聚类中得出的，例如，Cen A，附近的活动星系核，或用俄歇观测到的超级GZK CRs的伽玛暴。除了大面阵空间望远镜（GLAST）需要观测到的宇宙线感生γ射线特征外，源中微子和GZK中微子的探测以及UHECR到达的方向和时间分布可以最终确定最高能量的宇宙射线的来源。
2007-12-14 astro-ph
Comparison of UHECR spectra from necklaces and vortons
能量高于10^19 eV的宇宙射线可以用宇宙早期产生的拓扑缺陷来解释。两个合适的替代方案是：由磁单极子形成的项链，通过串连接，以及由超导电流稳定的环的涡顿。前者在宇宙中均匀分布，可以解释脚踝以上的宇宙射线，遭受短暂的GZK截止，随后恢复，预计观测结果各向同性。后者集中在星系晕中，需要在踝和GZK截止点之间的额外河外贡献，超过该贡献，给出更硬的分量并预测与质量浓度相关的各向异性。
2000-08-31 astro-ph
Relic Neutrinos, Z-Bursts, and Cosmic Rays above 10^{20} eV
在$\sim 5\times 10^{19}$ eV的Greisen-Kuzmin-Zatsepin（GZK）截止值以上观测宇宙射线事件挑战了传统的模型。我们讨论了一个可能的解决方案，它使用标准的热大爆炸宇宙学和标准模型（SM）粒子物理增强只有$\lsim $ eV中微子质量建议太阳，大气和地球中微子探测。在这个方案中，来自遥远、最高能量来源的宇宙线中微子在残余中微子背景上共振湮灭，产生Z玻色子。高度增强的（$γ_Z\sim 10^{11}$）Z立即衰变，产生强子和光子高度准直喷流的“Z-爆发”。爆发的内容包括，平均而言，20个光子和两个核子与超GZK能量。我们发现，每个中微子的能量在共振值$E_R=4(eV/m_ν)\times 10^{21}$ eV的一部分$Γ_Z/M_Z$内的概率湮灭在我们的银河系超星系团的晕内可能是在1%的数量级。根据宇宙中微子通量在10^{20} eV以上的大小，这种“局部”初级产生率可能足够高，足以产生在GZK截止值以上观测到的宇宙射线事件。本文提出了几种检验超GZK事件产生的Z爆发假说的方法，包括：（i）在E_R处新的截止能量;（ii）在谱的上端附近的原色有大的$γ/p$比;（iii）事件的定向配对，并指向它们的宇宙源;以及（iv）在GZK截止能量以上的中微子通量，其可能在提议的$\gsim 10^{11}$ ton宇宙射线探测器中直接测量。
1999-10-13 astro-ph hep-ph
Secondary protons from ultra high energy cosmic ray nuclei: is the Greisen-Zatsepin-Kuzmin cutoff unavoidable?
讨论了宇宙线原初核通过宇宙微波背景（CMB）和红外（IR）辐射在星系际空间传播时产生超高能次级质子的情况。在假定只有原子质量数为$A_0$的初级核被加速的情况下，计算了次级质子的能谱。发现对于所有的$A_0$，在能量为$E \sim (1 - 2)\times 10^{19}$ eV时，次级质子的扩散通量开始超过初级核的扩散通量，从而产生了标准的Greisen-Zatsepin -Kuzmin（GZK）截止。
2008-03-29 astro-ph
GZK Violation - a Tempest in a (Magnetic) Teapot?
在$\approx 20$ Mpc范围内观测到的最高能量宇宙射线（UHECR）明显缺乏合适的天体物理源，这就是“GZK Paramount”。我们约束代表性的模型的河外磁场结构的法拉第旋转测量，限制在$μ$ G水平，而不是通常假设的nG水平。在这样的磁场中，即使是最高能量的宇宙射线也会经历大的偏转。这使得附近的活动星系核（今天可能是安静的）或伽玛暴成为超高能宇宙射线的来源，而不违反GZK的距离限制。
2000-01-31 astro-ph hep-ph
Search for a dark matter particle in high energy cosmic rays
现有的数据表明，高能宇宙射线实验可能是寻找暗物质粒子的最有希望的方法。建议在PeV质量范围内进行搜索，发现这样的粒子可能有助于解释GZK截止违反数据。
2008-04-15 astro-ph
Exotic Neutrino Interactions in Cosmic Rays
银河系外宇宙射线（CR）的光谱预计在5 × 10^10 GeV处遵循Greisen-Zatsepin-Kuzmin（GZK）截止，这是由于带电核在宇宙微波背景中的能量损失造成的。到目前为止，这一特点与CR数据的对抗还没有定论。在没有近距离辐射源的情况下，光谱的幂律延拓可能标志着新物理学的贡献。我们研究了宇宙成因中微子的奇异相互作用是超级GZK事件起源的模型的统计意义。强中微子-核子相互作用是有利于CR数据，即使我们考虑到能量校准的系统性变化。
2006-11-29 astro-ph
Astroparticle Physics: Puzzles and Discoveries
在理论物理学中，困惑往往孕育出伟大的发现，而错误的发现有时又激发出新的思想。两者的历史例子都在引言和“宇宙学之谜”一节中描述。在现有的谜题中，最受关注的是超高能宇宙线（UHECR）谜题和宇宙学常数问题。40年前的UHECR问题包括没有与CMB辐射相互作用引起的河外宇宙射线光谱的急剧陡峭。这种变陡被称为Greisen-Zatsepin-Kuzmin（GZK）截止。结果表明，宇宙线质子与宇宙微波背景相互作用的特征现在以GZK截止的下降和开始的形式出现在谱中。最严重的宇宙学问题是由已知基本粒子场的大真空能量引起的，它至少超过宇宙学真空能量45个数量级。在过去的40年里，为解决这个问题而提出的各种想法都有弱点，不能被接受为这个难题的最终解决方案。人择方法进行了讨论。
2008-01-21 astro-ph
Ultrahigh Energy Cosmic Rays Detection
本文描述了用于探测能量超过10 ^18 eV的宇宙射线（UHECR，超高能量宇宙射线）的方法。人们曾预计，初级宇宙射线的能谱在3 × 10^19 eV附近会有一个截止，这是由于它们与2.7 K的原始光子相互作用而引起的。这被称为GZK截止值。然而，已经探测到几个估计初级能量超过这一极限的阵雨。
2005-09-06 astro-ph
Axion-like particles as ultra high energy cosmic rays?
如果E>4 10^{19} eV的超高能宇宙射线（UHECR）如最近的研究所建议的那样在宇宙学距离上起源于BL Lacertae，则GZK截止的缺失与标准模型粒子性质不一致。轴子可以逃脱GZK截止，但即使在大尺度磁场中光子和轴子之间的相干转换和反向转换也不足以产生所需的通量。然而，人们可以构建其他新的（伪）标量中性粒子的模型，这些粒子的特性允许源中粒子产生的足够速率和大气中簇射产生的足够速率来解释观测结果。作为一个明确的例子，这样的粒子，我们认为超对称模型与轻sgoldstinos。
2001-03-27 astro-ph hep-ph
Ultra high energy cosmic rays from extragalactic astrophysical sources: energy losses and spectra
计算了质子作为初级粒子的超高能宇宙射线的能量损失和能谱。注意的是由于电子-正电子生产与微波2.73 K光子碰撞的能量损失。计算几种模型的能谱，这些模型因产生谱和源分布而不同，即：（i）具有陡峭的产生谱（指数为2.4 - 2.7）的源的均匀分布，有宇宙学演化和没有宇宙学演化。在这种情况下，可以拟合观测到的光谱的形状，直到8.10^{19} eV，但是所需的CR发射率太高，并且存在GZK截止。(ii)具有平坦产生谱dE/E^2的源的均匀分布，这与伽玛暴有关。计算的光谱与观测的光谱不一致。使用复生成谱可以在E \lesssim 8.10^{19} eV处达到一致，但所需的CR发射率比GRB高三个数量级，并且预测的谱具有GZK截止。(iii)局部增强的情况下，在区域内的大小为10 - 30 Mpc的过密度由因子3- 30。为了消除GZK截止，需要大于10的过密度。
2002-04-30 astro-ph hep-ph
Gravi-Burst: Super-GZK Cosmic Rays from Localized Gravity
超过GZK截止值（$\sim 10^{20}$ eV）的宇宙射线通量可以通过超高能宇宙中微子的产生来解释，在我们的银河系附近，这些中微子在遗迹中微子背景上湮灭。该过程通过共振时产生$Z$玻色子介导，并且通常称为$Z$ -爆发机制。我们发现，一个类似的机制也可以有助于超GZK谱在更高的，超GZK的能量，在共振产生的粒子是Kaluza-Klein引力子的弱尺度质量和耦合的Randall-Sundrum（RS）层次模型的本地化引力模型。我们称这种机制为重力爆发。我们讨论的参数空间的相关重力爆发，并评论其贡献的可能性，现在和未来的超GZK宇宙线数据和地方的RS模型参数的界限。在对初级中微子能谱的某些假设下，我们发现宇宙射线数据在探测RS模型方面可能与LHC一样强大。
2000-10-06 astro-ph hep-ex hep-ph
Propagation and Signatures of Ultra High Energy Cosmic Rays
当源间距离小于传播长度（如能量衰减长度或扩散长度（在磁场中传播））时，我们研究了具有普适谱的河外质子，它与传播方式无关。借助于修正因子，研究了该谱中的传播特性，即GZK截止、倾斜和凸起，修正因子与产生谱指数$γ_g$的关系很弱。我们认为，从上述功能的下降是最独立的模型之一。对于具有$γ_g=2.7$的幂律产生谱，所有现有探测器的数据都很好地证实了这种下降，这为河外质子通过CMB传播提供了强有力的证据。我们发展了UHECR起源的活动星系核模型，成功地解释了观测到的$1\times 10^{20}$ eV以下的光谱和从银河到河外的宇宙射线跃迁。计算出的光谱具有GZK截止值，并且在$E \gsim 1\times 10^{20}$ eV处的AGASA过量事件需要另一个分量，例如来自超重暗物质。在弱河外磁场的情况下，这个模型是一致的小角度集群和观察到的相关性与BL Lac。
2005-05-10 astro-ph
New physics from ultrahigh energy cosmic rays
对能量超过~ 4 x 10^{10} GeV的宇宙射线的观测激发了几种关于其起源的推测性建议。关键的问题是，在这个能量下，光谱是否显示出预期的“GZK截止”-关于这一点，目前有相互矛盾的结果。如果真的有一个截止点，那么这些源在宇宙学上是遥远的，而且在性质上相当奇特。如果没有截止，那么就需要新的物理学。
2003-12-16 astro-ph hep-ph
First Observation of the Greisen-Zatsepin-Kuzmin Suppression
高分辨率蝇眼（HiRes）实验已经观察到Greisen-Zatsepin-Kuzmin抑制（称为GZK截止），具有五个标准差的统计显著性。HiRes对高能（UHE）宇宙射线通量的测量显示，在$6 \times 10^{19}$ eV的能量处存在急剧的抑制，与预期的截止能量一致。我们还观察到宇宙射线能谱的“脚踝”，能量为$4 \times 10^{18}$ eV。我们描述了实验，数据收集，分析，并估计系统的不确定性。结果和我们的观察的统计意义的计算进行了说明。
2008-02-15 astro-ph
Cosmic rays at ultra high energies (Neutrinos!)
宇宙微波背景产生的共振质子，预测了在著名的格瑞森-扎采平-库兹明截止点以上，在大约E_{GZK} ~ 5 x 10^10 GeV处，河外质子会受到抑制。AGASA和HiRes合作测量的当前宇宙射线数据并没有明确地证实GZK截止，并为猜测最高能量宇宙射线的起源和化学成分留下了一个窗口。在这项工作中，我们分析了强相互作用中微子原色的可能性，并推导出模型无关的定量要求的中微子核子非弹性截面的宇宙线数据的一个可行的解释。同时考虑了AGASA和RICE实验对弱相互作用宇宙粒子的搜索结果。使用一个灵活的参数化的非弹性中微子-核子截面，我们发现，一个组合的数据拟合不赞成标准模型中微子-核子非弹性截面，但需要，在90%的置信水平，一个陡峭的增加在一个能量十年左右E_{GZK}的四个数量级。我们在标准模型的一些扩展中说明了这种增强。新的宇宙射线数据或宇宙中微子搜索结果对这种情况的影响，特别是皮埃尔俄歇天文台很快，可以立即在我们的方法中进行评估。
2005-06-28 astro-ph hep-ph
On the ultra high energy cosmic rays and the origin of the cosmic microwave background radiation
对于宇宙微波背景CMB起源于宇宙学假设的一些不一致，例如WMAP数据中没有引力透镜，为一些猜测打开了大门，例如CMB的本地起源。我们在这里认为，由于宇宙与宇宙微波背景辐射在$6\times 10^{19} eV$或以上的相互作用，这种假设与宇宙线能谱中不存在GZK截止（至少根据AGASA数据）是一致的。在距离地球50 Mpc的范围内，物质和光的分布接近于各向异性分布，可以识别出星系的本星系团和本星系团。相比之下，超高能喜剧射线数据是一致的，几乎各向同性的分布，有没有它们的到达方向和天文源在我们的本地集群之间的相关性。这意味着GZK截止点以上的事件来自50 Mpc以上的距离，没有明显的能量损失。这种情况在CMB仅集中在距离地球3-4 Mpc范围内的假设下是合理的。换句话说，宇宙微波背景辐射有一个本地起源，只与本地的超星系团有关。此外，能量均分定理中的银河系和河外能谱指数强烈约束了大爆炸宇宙学中必不可少的暗物质和暗能量假设。
2007-07-12 astro-ph
Ultrahigh energy neutrinos scattering off relic light neutrinos to explain UHECR above GZK cut off and thin blazars
UHE中微子可以传输最高的宇宙射线能量，克服$2.75K^\circ$ BBR和无线电波不透明度（GZK截止），从最遥远的AGN源在宇宙的年龄。这些UHE $ν$可能会散射到聚集在我们的星系晕周围的（光和宇宙学）残余中微子上，或者聚集在活动星系核耀变体及其喷流周围的附近中微子热暗晕上。从原初核子（通过光生π介子和衰变为UHE中微子）到随后的银河遗迹中微子的束流收集器散射的分支链式反应比任何已知的中微子与地球大气的相互作用或直接核子传播至少高三个数量级。因此，最罕见的宇宙射线（如320 EeV事件）可能起源于遥远的$(\tilde{>} 100 Mpc)$距离（如塞弗特星系MCG 8-11-11）;其相应的UHE辐射功率与观测到的MeV伽马能量一致。“蝇眼”和AGASA探测器在地球上观测到的最终链式产物可能主要是对称离轴角的中子和反中子以及缓发质子和反质子。这些强子产物很可能是$W^+ W^-$或$ZZ$对产物的二次产物，并且可能与AGASA最后发现的二重态和一个三重态事件相一致。
1999-06-28 astro-ph hep-ph
Strangelets as Cosmic Rays beyond the Greisen-Zatsepin-Kuzmin Cutoff
奇子（稳定的夸克物质块）可以具有比原子核高得多的质量和电荷，但具有非常低的荷质比。这一点在相对论性的费米子模型中得到了证实。高电荷允许天体物理学奇异夸克加速到比质子高几个数量级的能量。此外，奇异介子不太容易受到与宇宙微波背景的相互作用的影响，这种相互作用抑制了能量高于$10^{19}$ - $10^{20}$ eV（GZK截止）的宇宙射线质子和原子核的通量。这使得奇异现象成为解释超高能宇宙射线的有趣可能性。
2003-03-20 astro-ph hep-ph nucl-th
Testing Lorentz Invariance with Ultra High Energy Cosmic Ray Spectrum
根据HiRes和Auger实验观测到的超高能宇宙线（UHECR）谱预测了GZK截止。结果提出了严格的约束的洛伦兹不变性破坏（LIV）的影响，已被引入解释GZK截止的AGASA数据中指出的情况下。假设源分布均匀，具有单一的幂律谱，我们考虑了电离产生、$e^+e^-$对产生和绝热能量损失等过程，计算了地球上观测到的UHECRs谱。计算中还考虑了LIV的影响。通过对HiRes单目谱和Auger组合谱的拟合，我们发现LIV参数分别被约束为$ξ=-0.8^{+3.2}_{-0.5}\times10^{-23}$和$0.0^{+1.0}_{-0.4}\times10^{-23}$，这与严格的Lorentz不变性在最高能量下是一致的.
2009-05-04 astro-ph hep-ph
Small Scale Clustering in the Isotropic Arrival Distribution of Ultra-High Energy Cosmic Rays and Implications for Their Source Candidates
本文对能量为$(10^{19.5}-10^{22})$ eV的UHE质子在超过1 Gpc的河外磁场中的传播进行了数值模拟。我们使用ORS星系样本，这使我们能够准确地量化附近的源的能量谱和到达分布的贡献，作为一个源模型。我们计算了三个可观测量，宇宙线谱，谐波振幅，和两点关联函数从我们的数值模拟数据。利用这些量，我们将数值计算的结果与观测结果进行了比较。我们表明，包括GZK截止的能谱的三个可观测量可以再现的情况下，ORS星系的数量分数$\sim 10^{-1.7}$更明亮的-20.5等被选为UHECR源。就源数量密度而言，该约束对应于$10^{-6}$ Mpc $^{-3}$。然而，由于在这种情况下GZK球内的源的平均数目仅为$\sim 0.5$，因此不能再现$10^{20.0}$ eV以上的AGASA 8事件，这些事件彼此不构成成簇事件。另一方面，如果HiRes观测到的宇宙线通量与GZK截止值一致，并且UHECR到达分布的观测特征与AGASA一致，那么我们的源模型可以同时解释到达分布和宇宙线通量。因此，我们的结论是，大部分的AGASA 8事件以上$10^{20}$电子伏特可能起源于自上而下的情况下，或由HiRes实验测量的宇宙射线通量可能更好。我们还讨论了低于$10^{20.0}$ eV的UHECR的起源，通过比较天体物理源候选者的数密度和我们的结果（$\sim 10^{-6}$ M…
2003-07-02 astro-ph
Cosmic rays above the ankle from Z-bursts
来自远源的中微子在残余中微子的Z共振处湮灭可能是超高能宇宙射线的起源。在这里，我们提出的预测，这种机制与遗留中微子轻于1电子伏特，不引力集群。我们发现，不仅是超级GZK事件，但“脚踝”和它上面的所有事件可以占。脚踝以上的大部分初级粒子被预测为高达$10^{20.0}$ eV的核子和更高能量的光子。我们还发现了在GZK截止能量处的积累，这一点可以在数据中看到。
2002-06-24 astro-ph hep-ph
Strangelets in Cosmic Rays
本文综述了奇异夸克的性质，并介绍了在宇宙射线中寻找奇异夸克的两个实验。讨论了超高能宇宙射线的前景。
2006-12-29 astro-ph hep-ph nucl-th
Signatures of AGN model for UHECR
我们证明了AGASA、Fly 'sEye、HiRes和Yakutsk探测器观测到的超高能宇宙射线（UHECR）能谱，具有UHE质子与CMB辐射相互作用的印记，其形式为GZK截止开始时的$E\sim 1\times 10^{19}$ ~ eV处的凹陷，并且与计算的谱形非常吻合。我们认为，这些数据，结合小角度集群和活动星系核（BL Lac）的相关性，指向活动星系核模型的UHECR起源的能量$E \lsim 1\times 10^{20}$ eV。在$E \gsim 1\times 10^{20}$ eV处的过量事件，这是AGASA观测到的（但在HiRes数据中没有），可以用UHECR的另一个分量来解释，例如来自超重暗物质的UHECR。
2002-10-04 astro-ph
Cosmic Rays and the Search for a Lorentz Invariance Violation
本文介绍了在宇宙射线中寻找洛伦兹不变性破坏（LIV）信号的研究进展。我们首先概述了宇宙射线的基本方面，重点是超高能射线（UHECR）。讨论了宇宙质子的Greisen-Zatsepin-Kuz'min（GZK）能量截止，该截止是由于在宇宙微波背景（CMB）中产生的质子而引起的.在质子静止坐标系中，这是一个能量适中的过程。如果洛伦兹变换甚至在因子$γ\sim O(10^{11})$上也适用，则可以在实验室中高精度地研究它。对于较重的原子核，由于光致衰变，能量衰减甚至更快，同样如果这个过程是洛伦兹不变的。因此，洛伦兹对称性的可行性高达巨大的伽马因子-远远超出加速器测试-是一个中心问题。接下来，我们评论的概念方面的洛伦兹不变性和自发破缺的可能性。这可能会导致轻微的粒子依赖的“最大吸积速度”。讨论了它们在宇宙射线衰变、切伦科夫辐射、GZK截止和中微子振荡中的作用。我们还审查了宇宙γ射线中的LIV搜索。对于多TeV的伽马射线，我们可能会遇到另一个与CMB的透明度有关的难题，类似于GZK截止。在伽马射线暴中发射的光子能量较低，但它们非常长的路径提供了接近普朗克尺度的信息。到目前为止还没有观察到LIV。然而，即使是非常微小的LIV效应也可能彻底改变对宇宙射线物理学的预测。一个附录专门介绍皮埃尔·俄歇合作组织最近提出的假设，该假设确定了附近的活动星系核-或它们旁边的物体-可能是UHECR源。
2008-11-18 astro-ph hep-ph hep-th
Non-linear quantum mechanics and high energy cosmic rays
我们指出，在GZK截止以上的高能宇宙射线的存在可以用普朗克水平上的量子力学的基本非线性来解释。
2003-10-02 astro-ph hep-th quant-ph
Ultra High Energy Cosmic Rays from Sequestered X Bursts
假设不存在GZK（Greisen-Zatsepin-Kuzmin）截止点，并且超级GZK宇宙射线与宇宙学距离上的AGN（活动银河核）相关，则推测遗留超重粒子（X）的寿命通过封存而增强在额外维度中。这种隔离被认为是由活动星系核中合并的超大质量黑洞的接近而部分释放的，暂时但急剧地减少了寿命，从而刺激了X爆发。基于X衰变产物的螯合，提出了对观测到的$γ/N$比的推测性解释。
2005-12-28 astro-ph gr-qc hep-ph
Ultra-High-Energy Cosmic Ray Acceleration by Magnetic Reconnection in Newborn Accretion Induced Collapse Pulsars
我们在这里调查的可能性，超高能宇宙线（UHECR）的事件，观察到的GZK极限以上的主要是质子加速的重联网站上的新生毫秒星系的磁层起源于吸积诱导的崩溃（AIC）。我们表明，具有表面磁场$10^{12} G < B_{\star} \lesssim 10^{15}$ G和自旋周期$1 ms \lesssim P_{\star} < 60 ms$的AIC粒子能够将粒子加速到能量$\geq 10^{20}$ eV。由于我们银河系中AIC源的预期速率非常小（\sim 10^{-5} yr^{-1}），因此相应的对UHECR通量的贡献是难以辨认的，总通量是由AIC源的积分贡献给出的，AIC源是由位于不受GZK截止值影响的距离内的星系分布产生的（$\sim 50$ Mpc）。我们发现，重联效率因子需要$ξ\gtrsim 0.1$，以重现观测到的通量的UHECR。
2000-04-24 astro-ph
Comment on ``Violation of the Greisen-Zatsepin-Kuzmin Cutoff: A Tempest in a (Magnetic) Teapot? Why Cosmic Ray Energies above $10^{20}$ eV May Not Require New Physics''
在最近一封标题相同的信中，Farrar和Piran解释了高能宇宙射线（UHECR）到达方向的近各向同性[2]，以及在$10^{20}$ eV附近的光谱中明显缺乏所谓的“GZK截止”[3]，这是由于Greisen独立预测的宇宙背景辐射（CMB）上的π介子光生作用[4]。[15]《易经》云：“君子之道，焉可诬也？有始有卒者，其惟圣人乎！他们认为，银河系附近的河外磁场足够强，足以使来自附近几个源的UHECR的到达方向发生偏转和各向同性，因为它们到地球的旅行时间短于它们在CMB上通过π光生作用的衰减时间。他们还估计，这使得活动星系核（AGN）或伽马射线暴（GRB）成为UHECR的来源。然而，这些建议与各种观察结果不一致
2000-06-01 astro-ph hep-ph
High Energy Cosmic Ray Air Showers and small-x QCD
讨论了超高能宇宙射线引起的强子大气簇射在非常小的动量分数x下对QCD相互作用敏感，在这个分数x下，非线性效应变得重要。来自抛射体的前导部分子在穿过靶核的强场时获得大的随机横动量，这破坏了它们的相干性。与低能碰撞相比，这导致了领先强子的x_F分布更陡，这反过来又降低了簇射最大值Xmax的位置。我们认为，高能强子相互作用模型应该考虑这种效应，所造成的方法的黑体极限，这可能会转移适合的GZK截止附近的宇宙射线谱的组成向轻元素。我们进一步表明，目前关于Xmax（E）的数据排除了饱和边界的~ 1/x^0.3的快速增长（这与RHIC和HERA数据一致）持续到GZK截止能量。在大型强子对撞机上对pA碰撞的测量可以进一步检验小x区域，并大大推进我们对高密度QCD的理解。
2005-01-18 astro-ph hep-ph
Highest Energy Cosmic Rays and results from the HiRes Experiment
本文从高分辨率复眼实验（HiRes）的最新结果出发，概述了高能宇宙射线场的现状。HiRes的结果，并与Akeno巨型空气簇射阵列（AGASA），加上望远镜阵列和皮埃尔俄歇实验。给出了宇宙线谱的HiRes测量和GZK截止的观测结果。HiRes结果的组成，搜索各向异性，测量的质子-空气总截面，和形状的淋浴配置文件。
2007-06-08 astro-ph
Propagation of UHE cosmic rays in a structured universe
在引力不稳定的宇宙中，暗物质和星系的结构，星系际气体和磁场会对超高能宇宙射线（UHECR）的传播产生严重影响（Ryu & Kang，本论文集）。可能的影响包括空间限制和定向聚焦沿超星系物质片，以及普遍的再加速在大规模的冲击波阵面，和光谱修改由于能量依赖泄漏到宇宙空隙。因此，GZK截止可能不太明显，并且发生在较高的能量下，其中必须考虑加速和能量损失过程的随机性质。
1997-02-05 astro-ph
Ultra High-Energy Cosmic Ray Observations
2007年为我们提供了关于最具能量的宇宙射线起源的杰出结果：在HiRes和Auger实验的数据中观察到了GZK效应所预期的通量抑制，Pierre Auger天文台观察到了附近活动星系核位置与trans-GZK事件到达方向之间的相关性。后一个发现标志着超高能宇宙射线天文学的开始，被认为是一个重大突破，开始揭示自然界中最极端粒子的来源。本报告总结了这些观测结果，并包括该领域的其他主要进展，主要是在2007年7月在墨西哥梅里达举行的第30届国际宇宙射线会议上提出的。随着越来越多的统计数据变得可用，从当前甚至终止的实验，系统的不同实验和技术之间的差异可以详细研究，这是希望提高我们的理解实验技术及其局限性。
2008-01-13 astro-ph
Ultra High Energy Cosmic Rays from Decaying Superheavy Particles
衰变的超重粒子可以由拓扑缺陷产生，或者在它们是准稳定的情况下，作为早期宇宙的遗迹。这些粒子的衰变可能是观测到的超高能宇宙射线（$E \sim 10^{10} - 10^{12} GeV$）的来源。作为UHE CR源的拓扑缺陷进行了严格审查，宇宙项链和胆固醇对被确定为最合理的来源。遗留的超重粒子在晕中聚集，它们的衰变产生UHE CR而没有GZK截止。超高能锂离子超对称粒子是伴随超重粒子衰变的级联过程中自然产生的。这些粒子被讨论为宇宙中的UHE载体。
1998-01-08 astro-ph
Strong Neutrino-Nucleon Interactions at Ultrahigh Energies as a Solution to the GZK Puzzle
在简要回顾了高能宇宙线之谜--从宇宙学距离上明显观测到的宇宙射线，其能量高于预期的格瑞森-扎采平-库兹明截止值4 × 10 ^{19} eV --之后，我们认为强相互作用中微子情景是一个特别有趣的解决方案。我们发现，从10^{17} eV到10^{21} eV的高能宇宙线谱的所有特征都可以被描述为起源于一个简单的类似于功率的质子注入谱，假设中微子-核子截面在质心能量高于~ 100 TeV时显著增强。在这种情况下，质子在宇宙微波背景中传播时产生的宇宙成因中微子会像质子一样在大气中引发空气簇射。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。我们不久将讨论TeV尺度的标准模型的扩展，这可能导致实现强相互作用中微子的情况。然而，我们强调，这样的情况下，甚至可以实现在标准的电弱模型：电弱瞬子/sphaleron诱导的过程可能会得到强大的能量。对强相互作用中微子的可能测试范围从宇宙射线设施和中微子望远镜的观测到轻子核子散射实验的搜索。
2004-02-10 astro-ph hep-ex hep-ph
Can Dark Matter be Ultra Heavy Particles ?
高能宇宙射线（HECR）的探测与能量附近和超过GZK预期截止引入了衰变超重暗物质（UHDM）的存在的想法。如果这种类型的粒子构成CDM的重要组成部分，它们的衰变可能对大结构和高能背景的演化具有重要意义。在这里，我们提出了初步的结果，数值解的玻尔兹曼方程存在的衰减CDM。计算了重子和光子能量的演化。我们发现，在一个均匀的宇宙，UHDM不能有一个大的贡献CDM。然而，如果考虑到宇宙中物质的笨拙，这个假设可能会存在。
1998-11-30 astro-ph
Scattering of Ultrahigh Energy (UHE) Extragalactic Neutrinos onto Light Relic Neutrinos in Galactic HDM Halo Overcoming the GZK Cut off
在GZK截止区$(E_{CR} \tilde{>} 10^{19} ÷10^{20} eV)$以上最稀有的宇宙射线可能是由活动星系核（QSR，BLac，Blazars.）在宇宙距离（$\tilde{>}$数十Mpc）产生的。他们在$2.75 K^o$ BBR无线电波不透明度（"GZK截止“）上令人困惑的生存可能会找到一个自然的解释，如果旅行的原始宇宙射线是UHE中微子（由UHE中微子衰变产生），它对$γ$或$ν$ BBR是透明的。这些UHE $% ν$可能会散射到那些聚集在我们星系晕周围的（光和宇宙学）残余中微子上。从原始核子（通过光生π介子和衰变到UHE中微子）到银河遗迹中微子的束流收集器散射的支链反应比任何已知的中微子与地球大气的相互作用或直接核子传播至少高出三个数量级。因此，最罕见的宇宙射线（如320 EeV事件）可能起源于遥远的$(\tilde{>} 100 Mpc)$距离（如塞弗特星系MCG 8-11-11）。所需的UHE辐射功率与NCG 8-11-11在MeV伽马能量总输出功率中观察到的大致一致。蝇眼探测器在地球上观察到的最终链式产物可能主要是中子和反中子，以及在后期阶段的质子和反质子。这些强子产物很可能是$W^+ W^-$或$ZZ$对产生的次级产物，并可能与AGASA最近发现的6个二重态和1个三重态事件相一致。
1999-02-24 astro-ph hep-ex hep-ph
Cosmic Rays: The Second Knee and Beyond
本文综述了超高能宇宙射线（UHECR）的实验结果，包括谱特征的测量、初级粒子流的组成以及事件到达方向各向异性的研究。我们发现，虽然有一个普遍的共识，在频谱中的功能-第二个膝盖，踝关节，（在较小程度上）GZK截止-有一点共识的组成，伴随着这些功能的初选。这种对组成缺乏共识的情况使得对商定特征的解释成为问题。关于UHECR潜在来源的直接证据也很少，因为早期关于到达方向各向异性的报告尚未在独立测量中得到证实。
2007-04-27 astro-ph
Ultra high energy cosmic rays from cosmological relics
超高能宇宙射线（UHECR）可能是来自非常早期（后暴胀）宇宙的信号。在这个宇宙学时代，拓扑缺陷（TD）和长寿命超重（SH）粒子有望自然有效地产生。这两个遗迹现在都可以产生粒子，如质子和光子，其能量大大超过UHECR中观察到的能量，$E \sim 10^{10} - 10^{11} GeV$。作为UHECR源的拓扑缺陷的批判性审查和宇宙项链和monopolonia被确定为最合理的来源。遗留的超重粒子和单极子被证明是集群在我们的银河系的晕和他们的衰变产生UHECR没有GZK截止。这两个模型的观测签名进行了讨论。
1998-11-17 astro-ph
Tau Neutrinos in the Auger Observatory : A New Window to UHECR Sources
宇宙射线谱已被证明远远超过10^{20}eV。在过去的40年里，观察到了近20个事件，现在已经确定宇宙中的粒子被加速或产生，能量接近10^{21}eV。在所有的产生模型中，中微子和光子都是宇宙射线通量的一部分。在加速模型（自下而上模型）中，它们是作为加速带电粒子可能相互作用的第二部分产生的;在直接产生模型（自上而下模型）中，它们是衰变链的主要部分。此外，超过GZK阈值能量的强子也会沿着它们在宇宙中的路径产生中微子和光子，作为π介子光生过程的第二步。因此，光子和中微子是超高能宇宙射线潜在源的性质和分布的非常独特的特征。在下文中，我们描述了俄歇天文台的τ中微子探测和识别能力。我们发现，在3 × 10 ^{17}-3 × 10 ^{120}eV的范围内，俄歇有效孔径达到千分之几km^2.sr，这使得天文台对每km^2.sr.年只有几个τ中微子的通量很敏感。在nu_mu <-->nu_tau振荡与充分混合的假设下，这种灵敏度允许探测GZK截止以及提供对超高能宇宙射线产生机制的模型独立约束。
2001-08-10 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
Ultra high-energy neutrino at GZK energy: Z-WW showering in dark halo and tau airshowers emerging from the Earth
本文提出银河系和局域热暗晕中的轻质量遗迹中微子作为束流倾倒量热器，解释超高能中微子（>ZeV）通过Z共振和WW-ZZ道产生簇射，与观测到的超高能宇宙射线谱中的团簇结构一致，并预言水平τ空气簇射事件率。
2026-06-19 astro-ph astro-ph.HE hep-ph
Fossil AGN jets as ultra high energy particle accelerators
活动星系核喷流及其周围的茧的残余留下了巨大的磁流体动力学（MHD）化石结构，总能量约为10^{60}尔格。最初的活动星系核（AGN）可能已经死亡，但化石将保持其稳定的结构，类似于实验室MHD实验中遇到的反场箍缩（RFP）。在RFP中，纵向磁场在离轴的临界距离处改变方向，导致那里的磁重联，并导致大尺度RFP场的缓慢衰减。我们表明，这种场的衰减诱导大规模的电场，可以加速宇宙射线与E^{-2}幂律到超高能量与截止取决于化石参数。截止预计是刚性依赖，这意味着观察到的组成将改变从轻到重接近截止，如果一个或两个附近的活动星系核化石占主导地位。考虑到宇宙体积的百分之几可能容纳这种缓慢衰减的结构，这些化石甚至可能重新激发来自遥远/古老来源的超高能宇宙射线，抵消由于与宇宙微波背景辐射的光子相互作用而导致的“GZK损失”，并提供否则无法检测到化石的证据。在这种情况下，如果远距离来源或化石占主导地位，成分将保持轻到最高能量，但否则将混合。人们希望新一代的宇宙射线实验，如皮埃尔俄歇天文台和超高能中微子望远镜，如ANITA和月球切伦科夫实验将澄清这一点。
2007-10-14 astro-ph
Ultra-high-energy cosmic rays from relic topological defects
常规源很难将宇宙射线粒子加速到已观测到的最高能量。拓扑缺陷如单极子和弦克服了这个困难，因为它们的自然能量标度等于或高于观测到的能量。由弦连接的单极是一个特别有吸引力的来源，因为它们会聚集在星系晕中，从而解释了GZK截止点的缺失。由轻弦连接的重单极子可以根据需要持续到宇宙的年龄。进一步的观测可能会通过检测晕的各向异性来支持这一模型，或者如果确认了到达方向的强聚类或与已知天体物理学对象的相关性，则可能会反驳这种模型。所有自上而下的模型都必须与最近声称的光子在宇宙射线中所占的百分比比这些模型预测的要小的说法相抗衡。
2001-03-09 astro-ph
Upper limit on the ultra-high-energy photon flux from AGASA and Yakutsk data
我们提出的超高能空气簇射观测AGASA和雅库茨克广泛的空气簇射阵列实验的μ介子和闪烁信号的解释。我们逐个考虑已知μ子含量的十个最高能量事件，并得出结论，在95%置信水平（C.L.）它们都不是由初级光子引起的。考虑到统计波动和质子和光子原色的能量估计的差异，我们推导出在95%C. L.的上限为36%。在10^20 eV以上的宇宙射线通量中，初级光子所占的比例。这个结果不利于Z爆发和超重暗物质解决GZK截止问题。
2006-01-19 astro-ph
