Determining the fraction of cosmic-ray protons at ultra-high energies with cosmogenic neutrinos
宇宙成因中微子是超高能宇宙射线（UHECR）与宇宙光子场相互作用产生的。对这些中微子扩散通量的限制可以用来限制到达地球的能量为$E_{p} \gtrsim 30$ EeV的质子的比例，从而在不完全依赖强子相互作用模型的情况下对UHECR的组成进行限制。我们表明，在何种程度上目前的中微子望远镜已经约束这部分质子和讨论的前景，下一代探测器，以进一步约束it.Additionally，我们讨论了这些限制的影响，为几个流行的候选人UHECR源类。
2019-09-03 astro-ph.HE
Enhancing the Relative Fe-to-Proton Abundance in Ultra-High-Energy Cosmic Rays
我们研究了超高能宇宙线（UHECR）现象学的一个通用类的模型，其中的源加速质子和原子核的幂律谱具有相同的指数，但具有不同的值的最大质子能量，分布根据幂律。我们表明，足够低的能量比最大质子能量，这样的模型是等效的单型源模型，具有较大的有效幂律指数和较重的成分在源。我们计算得到的核丰度的增强，并找到一个典型的值的因子2-10的Fe核。在最高能量下，重核增强比变得更大，并且还必须考虑源的粒度。我们的结论是，必须考虑的最大能量源之间的分布的影响，以了解的能量谱和组成的UHECR，在地球上测量。
2011-11-07 astro-ph.HE
Can superbubbles accelerate ultra-high energy protons?
我们批判性地评估质子的最大能量在大质量星团周围的超级气泡内加速的限制，考虑了一些不同的情况。特别是，我们推导出在何种情况下加速质子以上的电子伏特（PeV）的能量可以预期。虽然超泡的外部前向激波可以解释粒子加速到100 TeV，但内部的初级激波，如超新星遗迹在低密度介质中膨胀，或在年轻的致密星系团周围形成的集体风终止激波，提供了更有利的通道，将质子加速到1 PeV，甚至更高。在合理的条件下，聚集的超新星向年轻紧凑的大质量星团的磁化风发射强大的冲击波，被认为是最有希望将质子加速到10 PeV以上的系统。另一方面，在强湍流等离子体中的随机再加速被发现比以前的作品中所声称的要有效得多，最大质子能量至多为几百TeV。
2022-07-04 astro-ph.HE
Non-variable cosmologically distant gamma-ray emitters as an imprint of propagation of ultra-high-energy protons
通过超高能质子在宇宙微波背景辐射中传播留下的足迹，可以追踪超高能质子的加速点。在几十Mpc的扩展区域中产生的次级电子通过同步辐射主要在母体质子的初始方向上发射它们的能量。它形成了一个不变的和紧凑的（几乎点状）高能伽马射线源。对于宇宙学上遥远的天体，这种效应的重要性增加了;由于严重的能量损失，即使在极弱的星系际磁场的情况下，UHE质子也无法到达我们。此外，在高红移时，由于过去的CMB密度更大、能量更高，从质子到次级粒子的能量转换变得更加有效。这增加了UHE宇宙射线被次级同步加速器伽马辐射追踪的机会。本文讨论了从UHE质子到同步辐射的能量转移效率的能量收支和红移关系。在费米LAT和钱德拉天文台的可探测性的背景下，计算和讨论的角度和光谱分布的伽马和X射线能量带的辐射。
2011-05-10 astro-ph.HE
PARSEC: A Parametrized Simulation Engine for Ultra-High Energy Cosmic Ray Protons
我们提出了一个新的模拟引擎，用于快速生成超高能宇宙线数据的基础上参数化的共同假设的UHECR起源和传播。实施的是非结构化的湍流河外场的偏转，质子的能量损失，由于光π生产和电子对生产，以及从宇宙膨胀的影响。此外，一个简单的模型来估计从铁核的传播效果。银河系磁场的偏转包括使用矩阵的方法与预先计算的透镜产生的回溯宇宙射线。PARSEC程序基于面向对象的编程范式，使用户能够扩展已实现的模型，并可通过图形用户界面进行操纵。
2013-12-12 astro-ph.HE
Ultra-high Energy Gamma-rays from Past Explosions in our Galaxy
我们银河系中的高海拔水切伦科夫伽马射线天文台和大型高海拔空气簇射天文台发现了超高能光子源，这在过去几年中彻底改变了伽马射线天文学领域。这些放射物有时在与巨大分子云有关的强大超新星或超新星遗迹附近发现。通常认为，这些辐射的起因是超新星爆发产生的激波加速电子的逆康普顿辐射，以及超新星遗迹产生的激波加速质子与分子云中的冷质子的质子-质子相互作用。本文选取了与巨分子云有关的两个超高能光子源LHAASO J2108+5157和LHAASO J 0341 +5258，但在它们附近没有发现强脉冲星或超新星遗迹，提出了一种假设，即在这些源的局部环境中注入了来自过去爆炸的激波加速电子和质子，发生在几千年前我们发现，所观察到的超高能光子通量可以解释与时间演化的相对论电子和质子谱产生的二次伽马射线。
2021-12-16 astro-ph.HE
Proton-Air Cross Section and Composition of Ultra High Energy Cosmic Rays Observed by Telescope Array
超高能宇宙射线（UHECR）提供了一种自然的粒子源，其能量超过了实验室中可以获得的能量。已经观察到能量超过$10^{20}$ eV的UHECR，其在动量中心框架中相当于433 TeV。利用这种天然的粒子来源，物理学家可以将$pp$截面的测量扩展到实验室中可实现的数量级以上，可能会发现新物理学的线索。质子-空气截面和UHECR QCD物理学的其他性质对于UHECR的来源和组成的研究本身也很重要，但是在这些能量下的强子模型仍然依赖于基于地面加速器数据的唯象和理论外推。UHECR数据可以用来改善质子-空气截面的这些外推，但其他强子模型参数仍然存在很大的不确定性。利用混合观测模式下收集到的高质量$X_{\mathrm{max}}$数据，利用望远镜阵列测量了$\sqrt{s} = 95$ TeV质子-空气非弹性截面。该测量还用于推断总质子-质子截面。
2017-11-02 astro-ph.HE
A signature of EeV protons of Galactic origin
我们调查的签名，将产生的光谱和天空分布的UHECR人口的银河系源的高能质子的能量范围约为1~EeV，即，在扩散到弹道的转变附近。在这种情况下，CR通量必须进行数值计算。我们采用的方法，包括在回溯反质子从地球通过银河系和集成源发射率沿轨迹。这种方法使得明显的过渡区的两个通用功能：急剧增加的总通量的能量降低整个过渡区，其强各向异性（外观的一个明亮的紧凑的斑点）的所有方式，直到发病的扩散制度。然后，我们讨论和比较几种方法来实验检测或约束这些功能。我们发现，银河系质子的百分之几的混合物，原则上可以检测到目前的UHECR实验。
2016-06-27 astro-ph.CO astro-ph.HE
Looking for the gluon condensation signature in proton using the Earth limb gamma-ray spectra
在一般强子框架下，考虑质子中胶子凝聚效应，预言了一种新的γ射线谱。结果表明，在TeV波段的伽马射线谱中存在一个尖锐的突变，并符合幂律。我们建议使用轨道上的暗物质粒子探测器和量热电子望远镜探测地球边缘伽马射线谱中的GC特征。
2018-10-07 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Origin of the ankle in the ultra-high energy cosmic ray spectrum and of the extragalactic protons below it
在10^{18.6} eV（脚踝）附近，超高能宇宙射线（UHECR）光谱的斜率急剧变化，结合脚踝附近和下方的轻但河外成分演变为中间成分的证据，已经证明理论上非常具有挑战性。我们表明，对于一系列的源条件下，超高能核的光衰变在周围的区域UHECR加速器自然占观察到的光谱和组成的整个河外成分，占主导地位的约10^{17.5} eV以上。该机制在中微子的光谱和味道上有明确的特征。
2015-12-01 astro-ph.HE
Gamma-ray Signatures of Ultra High Energy Cosmic Ray Line-of-sight Interactions
超高能宇宙射线（UHECR）在到达地球的途中相互作用，产生次级伽马射线。对于高宇宙射线功率和弱星系际磁场的情况下，这些UHECR的偏转可能很小，导致可检测到的伽马射线通量指向其起源。我们总结了目前的结果和前景，检测这些相互作用的签名使用当前和下一代成像大气切伦科夫望远镜。
2013-09-29 astro-ph.HE
Origin of the ankle in the ultra-high energy cosmic ray spectrum and of the extragalactic protons below it
高能宇宙线（UHECR）光谱在10^18.6 eV（脚踝）附近斜率的急剧变化，加上脚踝附近和下方的轻但河外成分以及脚踝上方的中间成分的证据，已经证明在理论上理解极具挑战性，没有微调。我们提出了一个机制，即光衰变的超高能电子回旋共振加速器周围的区域的原子核占在地球上观察到的光谱和推断的组成。在合适的源条件下，该模型再现了整个河外宇宙线能量范围（即10^17.5 eV以上）的光谱和成分。对由此产生的中微子的光谱和味的预测也被提出。
2015-11-04 astro-ph.HE
Determination of the proton-to-helium ratio in cosmic rays at ultra-high energies from the tail of the $X_{\rm max}$ distribution
本文提出了一种测量超高能宇宙射线中质子氦比的方法。它利用指数斜率，$Λ$，由空气淋浴实验测量的$X_{\rm max}$分布的尾部。该方法是相当强大的不确定性建模强子相互作用和系统误差的$X_{\rm max}$和能量，并可能存在的主要核比氦重。用空气簇射实验获得质子与氦的比率将是一项了不起的成就。为了量化的质量组成分析，尽管强子的不确定性，我们引入作为一个度量的“分析指标”的一个特定的质量敏感变量的适用性，并找到一个改进的性能相比，目前在文献中使用的其他变量的$Λ$方法。在$X_{\rm max}$分布的尾部中的事件的分数可以提供关于在初级束中比氦重的原子核的存在的附加信息。
2016-10-19 astro-ph.HE
Hard TeV Gamma-Ray Afterglows of Nearby GRB 190829A as a Tentative Signature of Ultra-High-Energy Cosmic Rays Accelerated in Gamma-Ray Burst Jets
本研究针对近邻GRB 190829A的硬TeV伽马射线能谱，提出结合电子自康普顿散射与超高能质子同步辐射的模型，获得了质子能量与总能量的试探性上限，并指出早期观测对揭示超高能质子群至关重要。
2023-04-20 astro-ph.HE
Proton-Helium Spectral Anomaly as a Signature of Cosmic Ray Accelerator
超新星遗迹（SNR）中宇宙射线（CR）加速的证据必须依赖于加速理论与观测的完全一致性;直接证据是不可能的，因为CR粒子的轨道混乱。PAMELA轨道望远镜发现氦和质子CR光谱之间的偏差被认为与理论不符，因为后者没有区分超相对论刚性的元素。通过考虑初始（注射）阶段的扩散冲击加速度（DSA），其中元素的相似性不适用，我们证明了光谱差异，事实上，一个独特的签名的DSA。无碰撞等离子体SNR冲击注入更多的He 2+相对于质子时，他们更强，因此产生更硬的氦光谱。注入偏置是由于由更丰富的质子驱动的阿尔芬波，因此由于较大的回旋半径，He 2+离子更难被这些波捕获。通过拟合的p/He比的PAMELA数据，我们支持DSA的情况下，解决百年之谜的CR起源。
2012-02-27 astro-ph.GA astro-ph.HE
Lower limit on the ultra-high-energy proton-to-helium ratio from the measurements of the tail of $X_{\mathrm{max}}$ distribution
有多种技术可以确定超高能宇宙射线的化学成分。虽然大多数方法主要对平均原子质量敏感，但区分两种最轻的元素：质子和氦是具有挑战性的。本文利用簇射极大值$X_{\mathrm{max}}$的深度分布的尾部估计了能量范围为$10^{18.0} \mbox{eV}$至$10^{19.3} \mbox{eV}$的质子氦比。利用皮埃尔俄歇天文台和望远镜阵列实验测量的指数衰变标度$Λ$，导出了相应于$10^{18.0} < E < 10^{18.5}$ eV和$10^{18.3} < E < 10^{19.3}$ eV的质子氦比$\mathrm{p}/\mathrm{He} > 7.3 $和$\mathrm{p}/\mathrm{He} > 0.43 $的68\\，CL约束.结果表明，对于较重元素的混合，该结果是保守的。我们评估的强子相互作用模型的不确定性的影响。讨论了对宇宙射线起源的天体物理模型和未来对撞机安全性的影响。
2018-09-19 astro-ph.HE
Search for Ultra-High Energy WIMPs by detecting neutrino signatures from the earth core
我研究的可能性探测超高能（UHE从现在起）的暗物质粒子（>10 $^8$ GeV）由于超重暗物质的衰变通过检测UHE中微子签名从地核。在JEM-EUSO中，UHE WIMP事件率分别在100 PeV和1 EeV，10 EeV，100 EeV和1 ZeV的能量下进行估计，在IceCube中，UHE WIMP事件率在1 ZeV的能量下进行估计。在JEM-EUSO和IceCube中也粗略估计了弥散中微子污染。我发现在$χ$的质量范围为10 GeV-200 GeV的情况下，JEM EUSO和IceCube可以探测到1 EeV以上的极端能量WIMP。
2018-01-24 astro-ph.HE
Collision of ultra-relativistic proton with strong magnetic field: production of ultra-high energy photons and neutrinos
宇宙加速器中的质子-质子相互作用和光-强子相互作用是产生宇宙超高能光子和中微子的两个主要通道。本文用FWW方法计算了UHE质子与磁场碰撞产生宇宙超高能光子和中微子的过程，磁场可以看作是UHE质子静止系中的虚光子。我们称之为$pB$过程。$pB$过程发生的阈值是质子的洛伦兹因子和磁场强度的组合约为$γ_p B \simeq 5\times 10^{18}$高斯。超过这个阈值后，在相同的磁场中，由于$pB$过程引起的质子能量损失率比由于质子同步辐射引起的能量损失率高三个数量级。$pB$过程可能发生在白矮星、中子星甚至恒星质量黑洞的大气中。
2019-07-16 astro-ph.HE hep-ph nucl-th
Gluon Saturation Effects at the Nuclear Surface: Inelastic Cross Section of Proton-Nucleus at Ultra High Energy Cosmic Ray domain
考虑到核内QCD胶子分布的高能极限，我们用简化的偶极模型计算了质子-核总非弹性截面。我们表明，如果胶子饱和发生在核表面区域，质子-核碰撞的总截面增加更迅速地作为入射能量的函数相比，一个Glauber型的估计。我们讨论了这方面的影响，最近的超高能宇宙射线实验。
2010-03-10 astro-ph.HE hep-ph
Constraining the energy spectrum of neutral pions in ultra-high-energy proton-air interactions
大范围空气簇射中μ介子含量的波动与宇宙射线在大气中的第一次相互作用产生的中性π介子的能量波动有关。通过分析大气簇射中μ子含量的簇射-簇射分布，我们发现在第一次质子-空气相互作用中产生的中性π介子能谱的高能尾可以在目前宇宙线实验的不确定性范围内受到约束，$P(N_μ)$。
2021-01-11 astro-ph.HE hep-ph
Synchrotron radiation from ultra-high energy protons and the Fermi observations of GRB 080916C
费米伽玛射线望远镜数据GRB 080916 C与~ 1 e55 erg的表观各向同性伽玛射线能量，显示了几秒之间的延迟上升的100 MeV-GeV的辐射相比，keV-MeV的辐射。在这里，我们表明，同步辐射从宇宙射线质子加速伽玛暴，延迟质子同步冷却时标在射流的磁主导的冲击等离子体运动在高度相对论速度与散装洛伦兹因子伽玛~ 500，可以解释这一结果。来自衰减质子同步辐射的第二代电子同步加速器组件使增强的软X射线到MeV伽马射线发射。长GRB窄，高能喷流加速粒子到超高能量可以解释俄歇观测UHE宇宙射线的来源在100 Mpc的纳米高斯星系间磁场。质子同步加速器模型中的总能量需求与γ ^（16/3）成正比。GRB 080916 C的这个模型只有在Gamma ~< 500且喷流开度角~ 1度时才是合理的。
2010-09-02 astro-ph.CO astro-ph.HE
Influence of cosmological models on the GZK horizon of ultrahigh energy protons
我们研究了重子和冷暗物质的密度、暗能量的密度以及当前哈勃参数的值如何影响高能质子在邻近宇宙中的传播。我们考虑到宇宙微波辐射的能量损失，唯一一个相关的质子以上$10^{18}$ eV的，我们探讨的依赖Greisen-Zatsepin-Kuz'min（GZK）的宇宙学视界。我们调查了几个宇宙学的情况下，从物质为主的能量为主的，我们认为在哈勃参数的不确定性的影响，在$Λ-$冷暗物质（CDM）的宇宙，估计从最近的观测，在GZK地平线。（未知）河外磁场对我们的研究的影响进行了讨论，以及可能的探测哈勃参数可通过当前和未来的实验。
2012-12-20 astro-ph.CO astro-ph.HE
The current recorded signals of ultrahigh-energy $γ$-rays may come from EeVatrons in the galaxy
用胶子凝聚效应的强子模型解释了超新星遗迹G106.3+2.7的硬$γ$射线谱。这意味着不仅PeVatron，而且EeVatron普遍存在于包括我们银河系在内的宇宙中，它们可以将质子加速到“脚踝”之外（$10^{19}~eV$）。虽然这些质子束在星系中非常微弱，在地球上无法单独观测到，但胶子凝聚效应可能会大大增强质子-质子截面，从而可以补偿微弱的质子通量，产生观测到的$γ$ -射线。我们还表明，质子中的胶子凝聚效应提供了一个有效的转换机制的动能到$γ$ -射线在宇宙中。
2021-09-22 astro-ph.HE hep-ph
Probing the energy spectrum of hadrons in proton air interactions at ultrahigh energies through the fluctuations of the muon content of extensive air showers
我们证明了广泛的空气簇射的μ介子含量的波动与超高能宇宙射线的第一次相互作用的变量的波动相关，这是从维持强子级联的强子所携带的能量的分数计算的。阵雨发展的后续阶段的影响被发现发挥了次主导作用。因此，μ子含量的“从”到"簇射“分布是对超过100 TeV质心能量的相互作用的强子能谱的直接探测。
2018-07-12 astro-ph.HE hep-ph
Cosmic PeV Neutrinos and the Sources of Ultrahigh Energy Protons
冰立方实验最近探测到了第一个超过大气背景的高能中微子通量。我们研究这些中微子是否起源于与超高能宇宙射线相同的河外源。从关于光谱和味道的相当一般的假设出发，我们发现，通过π介子光生产生必要水平的中微子流，会导致质子流远低于宇宙射线数据的~10^18 eV，那里的组成是轻的，除非π/μ子在衰变前冷却。这表明有一类占主导地位的加速器允许宇宙射线逃逸，而没有显著的中微子产量。
2014-11-06 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Ultra High Energy Cosmic Rays in light of the Lorentz Invariance Violation Effects within the Proton Sector
本研究探讨质子扇区中微小的洛伦兹不变性破缺效应如何显著提高光致π介子产生阈值，使超高能宇宙射线质子能远距离传播，从而解释超GZK截断的宇宙射线事件，并为量子引力提供检验途径。
2025-05-26 astro-ph.HE hep-ph
Neutrino diagnostics of ultra-high energy cosmic ray protons
来自河外源的宇宙射线开始支配来自星系源的宇宙射线的能量是天体粒子物理学中一个重要的未决问题。一个自然的候选者是在近似幂律能谱中的“脚踝”处的能量，这表明从下降的银河分量到平坦的河外分量的交叉。过渡可以在没有这种平坦化的情况下发生，但这需要一定程度的谱形状的共谋和两个分量的归一化。然而，有人认为，如果交叉能量低到光谱中的“第二膝盖”，那么在CMB上发生相互作用的宇宙射线质子的银河系外源可以重现脚踝以下的能谱。这个低交叉模型受到皮埃尔俄歇天文台的直接测量的限制，这些测量表明在这些能量下有更重的成分。我们证明了宇宙扩散中微子通量的上限提供了一个补充约束质子分数在超高能河外宇宙射线和即将到来的数据冰立方将提供一个明确的测试这个模型。
2009-04-02 astro-ph.HE hep-ph
