超高能cosmic ray核的次级质子：Greisen-Zatsepin-Kuzmin截止是不可避免的吗？

由于Lorentz不变性的破坏导致的Greisen-Zatsepin-Kuzmin截止以上中子事件的可观测性

Observability of neutron events above the Greisen-Zatsepin-Kuzmin cut-off due to violation of Lorentz invariance

超高能宇宙射线事件的聚集表明它们起源于致密源。超高能核从遥远的天体物理源（类星体或BL Lac天体）到达地球避开Greisen-Zatsepin-Kuzmin（GZK）截止的可能物理机制之一是违反洛伦兹不变性。假设违反了洛伦兹不变性，我们计算了一些EGRET源（包括$γ$ -射线大声BL Lac对象）的中子事件的预期数量，这些中子事件可以与AGASA观察到的能量高于$4\times10^{19}$ eV的超高能宇宙射线事件在方向上相关联。本文介绍了当EGRET源与超高能宇宙线事件相关时，如果洛伦兹不变性的破坏是导致能量高于GZK截止值的超高能宇宙射线传播的原因，AGASA将来应该看到什么。

格瑞森-扎采平-库兹明截止区以外的宇宙射线

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。

关于格赖森-扎采平-库兹明截断面上方宇宙射线的性质

On the nature of cosmic rays above the Greisen--Zatsepin--Kuz'min cut off

本文对最高能量宇宙线的大气级联廓线进行了重新研究。该研究包括考虑不同截面、粒子多重性和强子事件发生器变化的空气簇射模拟，以模拟200 GeV以上的相互作用。分析提供的证据表明，一个中等质量的核心主要重现淋浴的轮廓相当不错。这一结果并不支持目前越来越流行的观点，即最高能量的粒子是质子，来自超大质量残余粒子的衰变。另一方面，我们表明，相对论超重核的碎片，它可以通过原始辐射生存100 Mpc的旅程可能会产生这样一种级联。

再论遗迹中微子的Cosmic Ray中微子湮灭：在Greisen-Zatsepin-Kuzmin截止点以上产生空气簇射的机制

Cosmic Ray Neutrino Annihilation on Relic Neutrinos Revisited: A Mechanism for Generating Air Showers above the Greisen-Zatsepin-Kuzmin Cut-off

如果中微子是宇宙物质密度的重要贡献者，那么它们应该具有$\sim$ eV的质量，并聚集在星系（超级）团晕中，也可能聚集在星系晕中。在20世纪80年代早期，人们注意到，能量在$δE/E_R=Γ_Z/M_Z \sim 3%$内的宇宙射线中微子的峰值能量$E_R=4 (eV/m_ν)\times 10^{21}$ eV将在非相对论性残余反中微子上湮灭（反之亦然），产生Z玻色子，其共振截面为${\cal O}(G_F)\sim 10^{-32}{cm}^2$。共振中微子湮灭的结果是70%的时间是强子Z爆发，平均包含30个光子和2.7个核子，其能量接近或高于GZK截止能量$5\times 10^{19}$ eV。这些在我们的超星系晕内产生的光子和核子可以很容易地传播到地球并引发超级GZK空气淋浴。在这里，我们表明，每个中微子的味道在其共振能量内湮灭我们的超星系团的晕的概率可能是在1%的数量级，与确切的值取决于未知方面的中微子混合和遗迹中微子集群。在一个热的大爆炸宇宙中，在地球50 Mpc半径（大约是核子传播距离）内湮灭的概率的绝对下限是0.036%。根据Z衰变的碎裂数据，我们估计核子的能量比光子高出$\sim 10$倍。几个测试的假设表明。

离散空间中的GZK界

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。

超高能宇宙射线与时空对称性

Ultra-High Energy Cosmic Rays and Symmetries of Spacetime

高能宇宙射线可以探测加速器无法探测到的现象。宇宙射线（可能是质子）的能量超过了$4 \times 10^{19} eV$，即所谓的格瑞森-扎采平-库兹明（GZK）截止值，我们对它们的观测引出了两个难题：粒子是如何加速到这样的能量的？它们的来源是在地球的$50 - 100 Mpc$内，还是洛伦兹不变性实际上是对称性破缺？

4 × 10^19 eV以上宇宙射线通量抑制的观测

Observation of the suppression of the flux of cosmic rays above 4x10^19eV

本文描述了由皮埃尔·俄歇天文台记录的20，000个事例导出的2.5 × 10^18 eV以上的宇宙射线的能谱。在4x10^18eV和4x10^19eV之间的能量下，通量的光谱指数γ J ~ E^-γ为2.69+-0.02（stat）+-0.06（syst），在更高的能量下，变陡到4.2+-0.4（stat）+-0.06（syst），与Greisen以及Zatsepin和Kuz'min的预测一致。

寻找河外超高能宇宙射线源

A search for Extragalactic Sources of Ultrahigh-Energy Cosmic Rays

利用雅库茨克阵列探测到能量在4*10^{19} eV以上的可能的河外宇宙射线源。流星雨到达方向与贝隆星表中距离地球小于100 Mpc的天体的相关性证实了皮埃尔·俄歇天文台的观测结果，以及对超高能宇宙射线的Greisen-Zatsepin-Kuzmin效应。对数据的详细分析揭示了属于活动星系核的可能是超高能宇宙射线源的天体的类别。

银河系中心超高能宇宙射线与光子的相互作用

Interactions of ultrahigh-energy cosmic rays with photons in the galactic center

穿过银河系中心区域的超高能宇宙射线与星光和红外光子相互作用。原子核和质子在通过中心区域时都会产生光子和中微子的次级通量。我们计算这些二次粒子的通量，其观测结果可以用来提高人们对超高能喜剧射线的起源和组成的理解，特别是如果违反Greisen-Zatespin-Kuzmin截止被未来的数据证实。

晕暗物质与超高能宇宙射线

Halo Dark Matter and Ultra-High Energy Cosmic Rays

早期宇宙中非常重的亚稳态遗迹的衰变可以在我们银河系的晕中产生超高能宇宙射线（UHECR）。在距离尺度的顺序晕大小，能量损失是可以忽略不计的-没有Greisen-Zatsepin-Kuzmin截止预期。在这封信中，我们表明，作为层次建立的晕的结果，这种情况下预测的存在小规模的各向异性的UHECR的到达方向。我们还提出了一些后果，这种情况下，这将是测试与即将到来的实验，作为俄歇。

第二次下沉作为高能质子与宇宙微波背景辐射相互作用的特征

Second dip as a signature of ultrahigh energy proton interactions with cosmic microwave background radiation

我们讨论作为一个新的签名的相互作用的河外高能质子与宇宙微波背景辐射的光谱特征位于$E=6.3\times 10^{19}$ eV的形式，一个狭窄而浅的倾角。它是由$e^+e^-$ -对和π介子产生的干扰产生的。我们表明，这种下降，特别是它的位置几乎是模型无关的。未来的高能宇宙射线探测器对它的观测可能会给出结论性的确认，即观测到的光谱变陡是由Greisen-Zatsepin-Kuzmin效应引起的。

宇宙射线中的奇异中微子相互作用

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。

UHECR频谱：源的空间分布

UHECR spectrum: the spatial distribution of the sources

AGASA合作小组总结的超高能宇宙射线能谱清楚地表明，宇宙射线能谱远远超出了\sim 5 x 10^19 eV的Greisen-Zatsepin-Kuzmin（GZK）截止值。此外，尽管涉及的统计数字很小，但频谱中的某些结构可能正在出现。使用数值模拟，它表明在目前的工作中，这些功能是一致的源的空间分布，遵循在本地宇宙中的发光物质的分布。因此，从这个角度来看，在GZK截止点之外，不需要宇宙射线的第二个高能分量主导光谱。

超高能宇宙射线质量成分的估算

Estimate of the Mass Composition of Ultrahigh Energy Cosmic Rays

提出了一种估算宇宙射线成分的新方法。结果表明，在能量E>10^19 eV和E>4.10^19 eV时，EAS的天顶角分布和μ子分量是不同的。结果表明，E>4.10^19 eV以上的宇宙射线比E~ 10^19 eV的宇宙射线重。根据我们的估计，SUGAR阵列探测到8个10^20 eV以上的簇射。结果表明，在宇宙射线谱中没有GZK截断的迹象，所有的宇宙射线都是银河系的。

奇异大质量强子与超高能宇宙射线

Exotic massive hadrons and ultra-high energy cosmic rays

我们研究了能量高于Greisen-Zatsepin-Kuzmin截止的初级宇宙射线是奇异的大质量强相互作用粒子（uhecron）的假设。我们研究了由uhecons产生的空气簇射的性质，发现超过约50 GeV的质量与观察到的最高能量事件不一致。我们还估计，有足够的统计资料，一个uhecron的质量低至10 GeV的质子可以区分。

宇宙微波辐射引起的测量能量远超过预期光谱截止的Cosmic Ray的探测

Detection of a Cosmic Ray with Measured Energy Well Beyond the Expected Spectral Cutoff due to Cosmic Microwave Radiation

我们报告了犹他州的蝇眼空气簇射探测器探测到的51焦耳（320 +/- 90 EeV）宇宙射线。这远远大于任何先前报道的宇宙射线的能量。能谱的Greisen-Zatsepin-Kuz'min截止（由于π介子光生能量损失）应该出现在这个能量以下，除非最高能量的宇宙射线的传播速度小于30 Mpc。银河系坐标中的到达方向的误差框以b=9.6度，l=163.4度为中心。粒子级联在大气中815 g/cm ^2的深度附近达到最大尺寸，该深度并不能唯一地识别初级粒子的类型。

光子是超高能宇宙射线吗？

Photons as Ultra High Energy Cosmic Rays ?

我们研究了超高能宇宙射线的光谱，假设其主要成分是质子和光子，并且它们的来源是河外的。我们假设注入光谱的功率较低，并考虑到宇宙微波，红外，光学和无线电背景以及河外磁场对传播的原色的影响。我们的附加自由参数是注入粒子的最大能量和到最近源的距离。我们找到一个参数范围内的Greisen-Zatsepin-Kuzmin截止是避免的。

超高能宇宙射线在河外磁场中的传播

Propagation of Ultra-High Energy Cosmic Rays in Extragalactic Magnetic Fields

本文将讨论超高能宇宙射线（UHECR）问题，并指出Erlykin和Wolfendale（1997）建立的解释10**15 eV附近宇宙射线能谱特征的单源模型的思想也可以成功地应用于更高能量的宇宙射线。UHECR（能量高于10**19 eV）在河外磁场中的传播不能再被描述为一个随机游走（扩散）过程，向直线传播的过渡为所谓的Greisen-Zatzepin-Kuzmin（GZK）截止提供了一个可能的解释，该截止在近40年后仍然是一个悬而未决的问题。位于特定距离处并在有限时间内产生UHECR的瞬态“单源”是所提出的解决方案。

极高能宇宙射线与俄歇天文台

Extremely high energy cosmic rays and the Auger Observatory

在过去30年左右的时间里，地面宇宙射线探测器观测到的一些事件似乎为高能天体物理学领域打开了一扇新的窗户。这些事件的能量超过5x 10 **19 eV（所谓的Greisen-Zatsepin-Kuzmin光谱截止区）;它们似乎来自未知的天体物理来源;它们的化学成分大多未知;没有传统的加速机制被认为能够解释它们的产生和传播到地球。只有一个专门的探测器才能带来解决这个长期难题所需的高质量和统计上重要的数据：这是俄歇天文台项目的目标，围绕该项目正在动员全球合作。

来自费米简并残余中微子的最高能量宇宙射线与Super-Kamiokande结果一致

Highest-energy cosmic rays from Fermi-degenerate relic neutrinos consistent with Super-Kamiokande results

质量为0.07（+0.02/-0.04）eV的遗迹中微子，在与超级神冈数据一致的范围内，可以解释能量超过Greisen-Zatsepin-Kuzmin截止的宇宙射线。以这种方式产生的超高能宇宙射线的光谱具有一些独特的特征，可能有助于确定它们的起源。我们的机制并不需要，但符合中微子密度高到足以成为一种新的热暗物质。

UHECR光谱中的下降作为质子与CMB相互作用的特征

Dip in UHECR spectrum as signature of proton interaction with CMB

超高能河外质子通过宇宙微波辐射传播时，其光谱特征表现为倾斜、碰撞（堆积质子）和Greisen-Zatsepin-Kuzmin（GZK）截止。我们已经进行了这些功能的修改因子方面的分析。该分析是弱模型依赖的，特别是在倾斜的情况下。倾斜的能量形状由Akeno-AGASA数据和d.o.f.的$χ^2=19.06$证实。=17，使用两个自由参数进行比较。与HiRes数据的一致性也非常好。这是强有力的证据表明，在能量为$1\times 10^{18}$ eV - $4\times 10^{19}$ eV的UHE宇宙射线是通过CMB传播的河外质子。在磁场中扩散传播的情况下也存在倾角。

最高能量宇宙射线的起源

The Origin of the Highest Energy Cosmic Rays

与预期相反，已经观测到了几个能量超过$10^{20}$ eV的宇宙射线事件。由于河外宇宙射线质子在宇宙微波背景外产生π介子（通过$Δ$共振），这些事件的通量远高于预测的Greisen-Zatsepin-Kuzmin截止值。除了相对高通量的事件，各向同性分布的到达方向和指示强子原色强烈挑战所有模型提出解决这个难题。基于天体物理加速器的模型需要激发具有特定性质的强银河系和河外磁场，这些性质尚待观察，而基于粒子物理学标准模型之外的物理学的模型通常预测光子原色，与实验指示相反。这个难题的解决方案等待着在这些能量下的数据的显着增加，这些数据将由未来的实验提供。

来自超高能光子的特征中微子

Signature neutrinos from ultrahigh-energy photons

在高红移时，宇宙微波背景的温度足够高，使得超高能光子通过与背景光子的相互作用成对产生μ介子和π介子。同时，射电背景和磁场太弱，在产生μ介子和π介子之前，无法从电磁级联中耗尽能量。高能μ子和π子的衰变产生了具有某些独特光谱特性的中微子，这些特性可以被探测到，并可以指示高红移的超高能光子的存在。中微子的特征可以帮助确定超过格瑞森-扎采平-库兹明截止线的宇宙射线的起源。

高能宇宙射线是超对称性的信号吗？

Are ultrahigh energy cosmic rays signals of supersymmetry?

我们研究了能量大于Greisen-Zatsepin-Kuzmin截止值的宇宙射线不是核子，而是出现在标准模型的许多扩展中的一种新的稳定的大质量强子的可能性。我们主要关注的是S^0，一种uds-gluino束缚态。S^0在宇宙背景辐射中的射程比核子的射程远得多，因此可能来自宇宙学距离以外的源。

高能宇宙射线Cen A模型的俄歇检验

An Auger test of the Cen A model of highest energy cosmic rays

如果像Farrar和Piran最近提出的那样，Cen A是在Greisen-Zatsepin-Kuz'min截止线以上探测到的宇宙射线的来源，那么沿着它的视线，中子比质子更有可能被观测到。这是因为质子通量被${\cal O}(μ$ G）星系际磁场呈现为几乎各向同性。利用南方俄歇天文台的预期孔径，可以预期在岑A的视线范围内，每年大约有2个高于$10^{20}$ eV的中子事件。

利用HEGRA闪烁体阵从高能Cosmic Ray事件方向探测宇宙射线线各向异性和星系际级联

Anisotropies of Cosmic Rays and Search for Intergalactic Cascades from the direction of the Highest Energetic Cosmic Ray Events with the HEGRA Scintillator Array

HEGRA闪烁体阵列的数据已被用来搜索的空间各向异性的宇宙射线的到达方向超过20 TeV。本文介绍了从银道面和古尔德带寻找TeV γ射线辐射的结果。此外，TeV的伽马射线发射与宇宙射线的能量远远超过Greizen-Zatsepin-Kuzmin截止的到达方向相关的搜索已经完成。这种相关性可以预期从足够高的能量核诱导电磁级联的弥漫星系际背景辐射，最终产生TeV的光子。有趣的是，能量最高的事件的方向产生最高的超额，机会概率为1.8%。

最高能量的宇宙射线、γ射线和中微子：事实、幻想和解决方案

The Highest Energy Cosmic Rays, Gamma Rays and Neutrinos: Facts, Fancy and Resolution

虽然宇宙射线在90年前就被发现了，但我们不知道它们是如何以及在哪里被加速的。有令人信服的证据表明，最高能量的宇宙射线是银河系外的--它们无论如何不能被我们银河系的磁场所包含，因为它们的回旋半径超过了它的尺寸。基本的基本粒子物理学规定了它们能量的普遍上限为$5\times10^{19}$ eV，即所谓的Greisen-Kuzmin-Zatsepin截止值;然而，已经观察到超过这个能量的粒子，这给宇宙线之谜增加了一个谜团。然而，神秘是进步的沃土：我们将回顾事实，并提到一些非常投机的解释。人们确实希望通过雄心勃勃的实验很快解决天文学中最古老的问题：$10^4$ km $^2$区域的空气簇射阵列、空气切伦科夫探测器阵列和公里级中微子天文台。

超高能宇宙射线是否有银河系成分？

Is there a galactic component for the ultra high energy cosmic rays?

在伽马射线暴（GRB）可能是超高能宇宙线（UHECR）起源的假设下，我们提出了UHECR起源的两个分量（银河系和河外）模型。该模型基于两个事实。第一个是BATSE星表中伽玛暴角分布的各向异性。其次，在所有已定位的长伽玛暴中，只有大约15%的伽玛暴有光谱红移，大约38%的伽玛暴有X射线、光学或射电余辉。到目前为止，在短伽玛暴中，没有发现余辉和红移，这表明这些伽玛暴源位于银河系内部或附近。这两个组件的UHECR模型进一步支持的UHECR超过$10^{18}$ eV从银河系中心区域的方向的实验证据。该模型以一种自然的方式解释了能量超过GZK截止值的宇宙射线的存在。

自顶向下方案中的超高能中微子特征

Ultra High Energy Neutrino Signature in Top-Down Scenario

中微子是检验极端宇宙和粒子物理学标准模型之外的思想的最佳候选者。一旦产生，中微子不会受到像宇宙微波背景这样的辐射场的任何衰减，也不受磁场的影响。从这个意义上说，中微子是来自遥远而年轻的宇宙的有用信使。在本论文中，我们将讨论一个特殊的超高能宇宙射线的来源，介绍了解释可能过剩的事件与能量大于格赖森-扎采平-库兹涅茨明截止。这些来源，统称为自上而下，有一个共同的功能：UHE粒子产生于超重、奇异粒子的衰变或湮灭。正如我们将在本文中回顾的那样，在自上而下的情况下产生的超高能粒子的最大部分是中微子。对这些辐射的研究为我们提供了一个独特的机会来测试自上而下的情景的奇异机制。

日冕伽马射线暴是超高能宇宙射线的来源吗？

Coronal Gamma Ray Bursts as the sources of Ultra High Energy Cosmic Rays?

我考虑了超高能宇宙射线在位于银河日冕的伽马射线暴中被加速的可能性，从而绕过了Greisen-Zatsepin-Kuz'min截止所提出的问题。在日冕伽马射线暴模型中，超高能ECR的加速可能发生在产生超高能ECR的日冕中：在Podsiadlowski、Rees和Ruderman（1995）的模型中，允许拟合伽马射线暴观测的相同参数导致了对与Bird等人（1994）事件相对应的最高可实现能量的估计，以及宇宙射线中非常低的光度。我证明，如果Milgrom和Usov（1995 a）的观测结果得到证实，河外伽玛暴关于超外碰撞核反应加速的模型是站不住脚的，但同样的约束不适用于日冕模型。此外，我表明，粒子加速的效率需要比宇宙学模型中的伽玛暴小得多（要求不高）。关于随后的宇宙射线光谱分布仍然是未知数。我还简要讨论了区分这两种可能性的观察策略。

来自隔离X射线爆发的超高能宇宙射线

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。

天体粒子物理学：困惑与发现

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。

Cosmic ray奇异

Cosmic ray strangelets

在宇宙射线中寻找奇异夸克可能是测试奇异夸克物质可能稳定性的最佳方法。我回顾计算的天体物理奇异星通量的GV-TV刚性范围内，这将是从阿尔法磁谱仪（AMS-02）在国际空间站上的调查，并讨论的优点奇异星作为超高能宇宙射线在EeV-ZeV的能量，超越了Greisen-Zatsepin-Kuzmin截止。我还谈到了一些有时针对稳定奇异性的可能性而提出的“反论点”。我们将论证奇异夸克物质的稳定性仍然是一种可行的可能性，必须通过实验来检验。

超高能宇宙射线：宇宙后暴胀再加热时期的窗口？

Ultra-High Energy Cosmic Rays: a Window to Post-Inflationary Reheating Epoch of the Universe?

我们推测，如果这些宇宙射线是由超重长寿命X粒子的衰变产生的，那么超过Greisen-Zatsepin-Kuzmin截止点的最高能量宇宙射线可能为宇宙的非常早期提供了一个独特的窗口，即暴胀后的再加热。这些粒子可能构成宇宙中冷暗物质的相当大的一部分。我们认为，超重粒子的非常规的长寿命，这应该是在$10^{10} - 10^{22}$年的范围内，可能需要新的粒子物理机制，如瞬子的衰变。我们提出了一个玩具模型，说明了瞬子的情况。在我们的情景中，超高能广泛空气簇射的一般预期特征与其他自上而下的情景相似。然而，宇宙射线光谱上部的某些性质使得瞬子场景可以与其他场景区分开来，至少在原则上是这样。

宇宙射线中的稳定夸克物质？

Stable quark matter in cosmic rays?

稳定的夸克物质块可能以通量水平存在于宇宙射线中，这可以通过对具有高质荷比的异常“核”敏感的高精度宇宙射线实验来检测。描述了这些称为奇异粒子的团块的性质，以及奇异粒子在宇宙射线中的产生和传播。两个实验正在进行中，这是敏感的奇异通量在预测范围内进行了简要介绍。最后总结了如何奇异地绕过超高能宇宙射线的常规候选人遇到的加速问题，并移动的Greisen-Zatsepin-Kuzmin截止能量远高于观察到的最大能量。

超高能宇宙射线

Ultra High Energy Cosmic Rays

本文综述了超高能宇宙射线（UHECR）的研究现状，重点介绍了对观测事件的理论解释。银河系和河外起源，在天体物理源的UHE粒子的情况下，有问题，要么与加速到所观察到的能量或与流量和光谱。拓扑缺陷可以自然地产生具有所观察到的能量或更高能量的粒子，但在大多数情况下不能产生所观察到的通量。宇宙项链和反星系对被认为是最可信的来源，它们可以提供观测到的通量和光谱。遗留的超重粒子被证明是聚集在星系晕，产生UHECR没有Greisen-Zatsepin-Kuzmin截止。本文讨论了宇宙中作为超高能电子载流子的超对称粒子。

银河系Gamma-Ray爆发是所有能量的强子非太阳宇宙射线的主要来源吗？

Are Galactic Gamma-Ray Bursters the Main Source of Hadronic Non-Solar Cosmic Rays at all Energies?

我们提出了一个新的假说的起源非太阳强子宇宙射线（CR）在所有的能量：高度相对论性，窄准直喷流从出生或崩溃的中子星（NS）在我们的银河系加速周围的磁盘和晕物质CR能量和分散在"热点“，他们形成时，他们停止在星系晕。这种事件-"银河伽马射线暴“（GGRB）-被认为是当其他星系的光束辐射碰巧指向我们的方向时，在其他星系中引起宇宙学的伽马射线暴（GRB）。我们的假设自然地解释了一些观察，这是很难理解的与目前流行的想法有关的CR起源-例如，小银河系为中心的宇宙射线密度梯度和缺乏的Greisen-Zatsepin-Kuzmin截止。我们的想法取决于星系晕中“热点”（“GGRB遗迹”）的存在与否。我们讨论了它们的观测特征，发现它们可能是EGRET未识别的高纬度源。

AGASA实验观测到的能谱和超高能宇宙射线源的空间分布

The energy spectrum observed by the AGASA experiment and the spatial distribution of the sources of ultra-high energy cosmic rays

AGASA协作组最近总结了对超高能宇宙射线引发的巨型空气簇射进行的七年半连续监测。由此得到的能谱清楚地表明，宇宙射线谱远远超出了$\sim 5 \times 10^{19}$ eV处的Greisen-Zatsepin-Kuzmin（GZK）截止值。此外，尽管涉及的统计数字很小，但频谱中的某些结构可能正在出现。使用数值模拟，它表明在目前的工作中，这些功能是一致的源的空间分布，遵循在本地宇宙中的发光物质的分布。因此，从这个角度来看，在GZK截止点之外，不需要宇宙射线的第二个高能分量主导光谱。

TeV能量的银河系弥散$γ$射线辐射和超高能宇宙射线

Galactic Diffuse $γ$-ray Emission at TeV Energies and the Ultra-High Energy Cosmic Rays

利用能量间隔为$(10 - 2 \times 10^{7})$ GeV/粒子的宇宙线（CR）数据，我们计算了这些CR与ISM热核相互作用产生的初级$γ$射线谱的轮廓。标准化的EGRET测量，这使得估计银河弥漫$γ$-射线背景，由于在TeV的能量中，高能量CR。另一方面，在过去的几年里，已经探测到了几个能量超过$10^{20}$ eV（超过Greisen-Zatsepin-Kuzmin截止值）的粒子。这些粒子很可能是起源于距离不大于$30 - 50$ Mpc的河外质子[例如，1]。这些超高能质子（UHEP）通过星系际介质的传播导致$γ$-射线级联的发展和TeV能量的最终签名。为了评估UHEP的$γ$射线特征的统计意义，我们还模拟了UHEP与宇宙微波背景光子碰撞后，星系际介质中$10^{19}$ eV $π^{o}$衰变引发的电磁级联的发展。

遗迹粒子衰变产生的极高能宇宙射线

Extremely high energy cosmic rays from relic particle decays

利用HERWIG QCD事件发生器计算了大质量亚稳遗迹粒子衰变的质子和中微子通量。预测的质子能谱可以解释观测到的极高能量宇宙射线的通量超过了Greisen-Zatsepin-Kuzmin截止，衰变粒子质量为O（10^{12}）GeV。如果这些粒子构成了所有的暗物质，那么所需的寿命为O（10^{20}）yr（贡献越小，寿命就越短）。如果亚稳粒子是来自超对称破缺的隐藏扇区的类强子束缚态，通过不可重整化的相互作用衰变，那么这样的值是合理的。质子与中微子通量的预期比例作为即将到来的皮埃尔俄歇计划的衰变粒子模型的对角。

残余粒子衰变的高能cosmic ray谱

The high energy cosmic ray spectrum from relic particle decay

据推测，最近发现的超高能宇宙射线可能来源于聚集在我们银河系晕中的质量为$10^{12}$ GeV的残余粒子的衰变。这一假设可以通过即将到来的高能宇宙核子和中微子的光谱测量来检验，在这个模型中，高能宇宙核子和中微子的光谱是由QCD碎裂物理学确定的，没有天体物理学的不确定性。我们发展的碎裂谱测量LEP能量的衰变粒子质量的尺度的DGstrom方程的数值解。这使得纳入超对称性的级联发展的影响，我们也允许衰变成多粒子状态。计算的谱形与目前的宇宙线数据符合得很好，超出了Greisen-Zatsepin-Kuzmin能量。

作为超高能宇宙射线中微子源的不稳定超重残留粒子

Unstable superheavy relic particles as a source of neutrinos responsible for the ultrahigh-energy cosmic rays

超重残留粒子的衰变可能会产生极高能的中微子。它们在残余中微子上的湮灭可能是能量超过Greisen-Zatsepin-Kuzmin截止的宇宙射线的起源。红移的作用就像一个宇宙学滤波器，选择在某一特定值z_e处的源，此时中微子能量接近湮灭截面的Z极。我们预言超高能宇宙射线与星系晕没有方向相关性。同时，数据中可以存在一些方向相关，反映了物质在红移z=z_e处的分布。这两个特征在现有数据中都很明显。我们的方案与Super-Kamiokande报告的中微子质量一致，并且不需要轻子不对称性或背景中微子的聚集。

A possible Universal Origin of Hadronic Cosmic Rays from Ultrarelativistic Ejecta of Bipolar Supernovae

Based on the ``cannonball model'' for gamma-ray bursts of Dar and De Rujula it is proposed that masses of baryonic plasma (``cannonballs''), ejected in bipolar supernova explosions in our Galaxy are the sources of hadronic Galactic cosmic rays (CRs) at all energies. The propagation of the cannonballs in the Galactic disk and halo is studied. Two mechanisms for the acceleration of the observed CRs are proposed. The first is based on ultrarelativistic shocks in the interstellar medium and could accelerate the bulk of CRs up to the ``knee'' energy of 4 x 10(15) eV. The second operates with second…

UHE宇宙射线的星系际传播

Intergalactic Propagation of UHE Cosmic Rays

讨论了能量为E \geq 10^{18.5} eV的超高能宇宙射线（UHECR）的星系际传播。我们考虑了银河系际介质中弱随机磁场引起的能量相关偏转的影响下超高能电子回旋共振的传播以及光π和对产生造成的能量损失。我们计算的到达谱充分考虑了光子π产生的运动学和光子π相互作用速率的泊松统计。我们估计UHECR从视线的源，时间延迟相对于光子从同一个源，到达光谱和源统计的偏转。这些估计证实了UHECRs的能量演化的传播的数值模拟。这些模拟表明，经常使用的连续近似的能量损失的治疗，由于光π介子生产的宇宙微波背景（CMWB）不能合理的UHECR。我们讨论了这些结果的影响，观察到的粒子通量以上的Greisen-Zatsepin-Kuz'min截止的两个方案，已提出了这些粒子的生产：连续生产的大冲击波与强大的射电星系，或可能的大尺度结构的形成，和脉冲生产在相对论性冲击波与宇宙学伽马射线暴。

超高能宇宙射线的未来

The Future of Ultra High Energy Cosmic Rays

与先前的预期相反，一些超高能宇宙射线观测站报告了几个能量超过$10^{20}$ eV的宇宙射线事件。根据AGASA的实验，由于在宇宙微波背景之外产生河外宇宙射线质子的π介子，这类事件的通量远高于预测的Greisen-Zatsepin-Kuzmin截止值。除了相对高通量的事件，到达方向的各向同性分布和小规模聚类的指示强烈挑战所有模型提出解决这个难题。我们讨论了GZK截止是如何被星系的局部分布所修正的，以及AGASA数据是如何排除具有软注入谱的天体物理质子源的。具有硬注入谱的源几乎不被观测谱所允许。如果AGASA最新的说法，即最高能量的事件是由于聚集的核得到证实，最合理的解释是具有非常硬的光谱的天体物理来源，如河外单极感应器。此外，河外磁场需要远低于目前的纳高斯上限。或者，如果主粒子不是原子核，那么对新物理学解释的需求就至关重要。我们提出了一个概述的理论建议，以及他们最一般的签名，以测试即将到来的实验。

如何探测宇宙中微子背景？

How to detect the cosmic neutrino background?

对大爆炸遗留中微子的测量将为早期宇宙打开一扇新的窗户。本文综述了探测这种宇宙中微子背景的各种可能性，并证实了这一论断--除了从宇宙学和大尺度结构形成中获得的相当间接的证据外--高能宇宙中微子与残余反中微子的湮灭（或反之亦然）是一个对残余中微子敏感的独特过程，如果在E^ res_{nu_i} = M_Z^2/（2 m_{nu_i}）= 4 × 10^{22} eV（0.1 eV/ m_{nu_i}）处存在足够的通量。在即将到来的中微子和空气簇射探测器中，可能会发现在高能宇宙中微子谱中的相关吸收凹陷。相关的质子和光子可能已经以高于Greisen-Zatsepin-Kuzmin截止的宇宙射线事件的形式被看到。

高能宇宙射线与邻近活动星系核位置的关系

Correlation of the highest-energy cosmic rays with the positions of nearby active galactic nuclei

皮埃尔俄歇天文台收集的数据提供了具有最高能量的宇宙射线到达方向各向异性的证据，这些宇宙射线与相对较近的活动星系核\cite{science}的位置相关。对于能量大于~ 6x 10 ^{19}$ eV的宇宙射线和距离小于~ 75 Mpc的活动星系核，相关性具有最大意义。我们已经确认了各向异性的置信水平超过99%，通过测试指定的参数{ \em先验}，使用一个独立的数据集。观测到的相关性与以下假设是一致的，即具有最高能量的宇宙射线来自足够近的河外源，因此它们的通量不会因与宇宙背景辐射的相互作用而显著衰减（Greisen-Zatsepin-Kuz'min效应）。观测到的相关性的角度尺度是几度，这表明主要是轻的成分，除非我们星系薄盘之外的磁场非常弱。我们目前的资料并不能明确地将活动星系核确定为宇宙射线的来源，而且也不能排除其他分布在活动星系核附近的候选源。我们讨论的前景明确识别的最高能量的宇宙射线的个别来源在几年内继续运作的皮埃尔俄歇天文台。

是否发现了GZK抑制？

Has the GZK suppression been discovered?

AGASA、Fly's Eye、Haverah Park、HiRes和Yakutsk实验报告的超高能宇宙射线的能谱，在能量低于10^{20} eV时（在已知的不确定性范围内，对绝对能量标度进行微小调整后），都显示出彼此一致。来自HiRes、Fly's Eye和Yakutsk的数据与预期的5 \times 10^{19} eV以上的通量抑制一致，这是由于宇宙射线与宇宙微波背景的相互作用，即Greisen-Zatsepin-Kuzmin（GZK）“抑制”，但与将观测到的宇宙射线能谱平滑外推到能量> 5 \times 10^{19} eV的情况不一致。AGASA数据显示，与预测的GZK抑制和其他实验测量的通量相比，超过10^{20} eV的事件过多。

强相互作用中微子作为最高能量宇宙射线的定量分析

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。

Akeno巨型空气簇射阵实验中的能量测定

Energy determination in the Akeno Giant Air Shower Array experiment

利用Akeno Giant Air Shower Array（AGASA）十多年的观测数据，我们发表了一个结果，即超高能宇宙射线的能谱超出了Greisen，Zatsepin和Kuzmin预测的截止能量。本文从簇射粒子的横向分布、随天顶角的衰减、簇射阵面结构、离地核较远的延迟粒子等方面对AGASA事件的能量测定方法进行了重新评价。目前分配的AGASA事件的能量具有$\pm$ 25%的事件重建分辨率和$\pm$ 18%的系统误差约10 $^{20}$ eV。这种系统的不确定性与10 $^{19}$ eV以上的初级能量无关。根据在Akeno确定的从10 $^{14.5}$ eV到几倍10 $^{20}$ eV的能谱，肯定存在高于10 $^{20}$ eV的事件，并且能谱延伸到几倍10 $^{20}$ eV，没有GZK截止。

高能中微子天文学：Cosmic Ray的联系

High-energy Neutrino Astronomy: The Cosmic Ray Connection

这是一个中微子天文学的评论锚定的观测事实，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。基本粒子物理学规定了它们能量的普遍上限为$5\times10^{19}$ eV，即所谓的格瑞森-库兹明-扎采平截止值;然而，所有实验都观测到了超过这个能量的粒子，这给宇宙线之谜又增加了一个谜团。神秘是进步的沃土：我们将回顾事实以及对来源的猜测，包括伽马射线暴，耀变体和自上而下的场景。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。我们还简要回顾了正在进行的努力，委托这种仪器。

银河系gamma-ray爆发器-所有能量的宇宙射线的替代源

Galactic gamma-ray bursters - an alternative source of cosmic rays at all energies

我们提出了一个新的假说的起源的主要部分非太阳强子宇宙射线（CR）在所有的能量：高度相对论性，窄准直喷流的诞生或崩溃的中子星（NS）在我们的银河系加速周围的磁盘和晕物质CR能量和分散在热点，他们形成时，他们停止在星系晕。这些事件被视为宇宙学上的伽马射线暴（GRB），当它们的光束辐射碰巧指向地球时。这个CR源位于星系晕中。因此，它解释了在超高能CR谱中没有Greisen-Zatsepin-Kuz'min截止。在CR能谱中的“脚踝”的能量位置被示出以自然的方式出现。此外，低能量CR的起源在星系晕自然占高度的各向同性的CR约100 TeV的空气簇射观测，和小的银河系中心梯度的低能量CR来自伽马射线观测。

来自超高能Gluinos的大量空气簇射

Extensive Air Showers from Ultra High Energy Gluinos

研究了GZK截止点以上的宇宙线原色是含胶子强子（$\tilde g$ -强子）的假设.我们描述的$\tilde g$ -强子与核子的相互作用的Gribov-Regge方法的框架中使用的强子相互作用模型QGSJET的几代广泛的空气淋浴（EAS）的修改版本。有两个质量窗口勉强允许胶子：$m_{\tilde g}\lsim 3$ GeV和$25\lsim m_{\tilde g}\lsim 35$ GeV。对应于第二个窗口的含谷强子产生的EAS与观测到的有很大不同。光$\tilde g$ -对应于第一个胶子窗口的强子产生类似于质子引发的EAS，只有未来的探测器才能勉强区分它们。我们提出了一个束流倒堆加速器实验，以寻找$\tilde g$ -强子在这个质量窗口。我们强调这个实验的重要性：它可以发现（或排除）轻胶子和它作为宇宙线在超高能初级的作用。

高能宇宙射线中的中子和反质子

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。