Radio detection of atmospheric air showers of particles
自2002年以来，位于南赛射电天文台的CODALEMA实验研究到达地球大气层的超高能宇宙射线（10^{17} eV以上）。这些宇宙射线与大气成分相互作用，引起主要由带电粒子（电子和正电子）组成的广泛的空气簇射（EAS）。在大气层中形成簇射的过程中，这些运动中的带电粒子产生快速的电场瞬变（几纳秒到几十纳秒），CODALEMA在地面上用专用的无线电天线在宽频带（20 MHz到200 MHz之间）上检测到。对簇射发展过程中发射的这种电场的研究旨在确定引发粒子簇射的初级宇宙射线的特征：其性质、到达方向和能量。经过一些理论上的考虑和SELFAS模拟代码的简短描述，我们将介绍CODALEMA实验，其性能和主要结果。最后，我们将展示如何EAS无线电探测技术可以用来观察非常高的能量伽马射线源，与NenuFAR射电望远镜。
2019-03-07 astro-ph.HE astro-ph.IM
Parametrization of the Relative Amplitude of Geomagnetic and Askaryan Radio Emission from Cosmic-Ray Air Showers using CORSIKA/CoREAS Simulations (ICRC2021)
宇宙射线是宇宙中高能事件的信使。这些罕见的超高能粒子可以使用大型无线电天线阵列以经济实惠的方式有效检测。线极化地磁辐射是大气簇射中的带电粒子在地球磁场中发生偏转时产生的主要辐射机制。次主导的Askaryan发射是径向偏振的，并产生由于随时间变化的负电荷过剩的簇射阵面。这两个发射分量的相对幅度取决于各种空气簇射参数，如到达方向和簇射最大值的深度。我们研究了这些依赖关系，使用CoREAS模拟无线电发射的空气淋浴在南极使用星形天线布局。一方面，参数化的Askaryan-地磁比可以用作输入更准确的重建簇射能量。另一方面，如果测量得足够精确，这个比值可能提供一种新的方法来重建簇射极大值的大气深度。
2021-08-13 astro-ph.HE
Coherent transition radiation from the geomagnetically-induced current in cosmic-ray air showers: Implications for the anomalous events observed by ANITA
我们表明，相干跃迁辐射的电中性横向地磁电流（CTR-GM）在宇宙线的空气簇射提供了一个自然的，标准模型，解释最近的“邪恶”的事件所观察到的ANITA探测器。我们证明，天顶角小于约70度，结合高表面海拔，列入CTR-GM可以显着改变宇宙射线空气簇射发射的电场。因此，CTR-GM必须包括在无线电发射模型中，以提供穿越电介质边界的高能宇宙射线空气簇射的无线电发射的完整描述。
2019-07-26 astro-ph.HE
Radio pulses from ultra-high energy atmospheric showers as the superposition of Askaryan and geomagnetic mechanisms
大气簇射中的无线电发射目前被解释为由于地球磁场中带电粒子的偏离和电荷过剩（Askaryan效应）而产生的辐射。这些机制中的每一个都有独特的极化。复杂的信号模式可以定性地解释为由每个机制引起的场的干涉（叠加）。在这项工作中，我们明确和定量测试一个简单的唯象模型的基础上，这一想法。该模型是通过在模拟水平上隔离两个组件中的每一个，并分别利用每个贡献的近似对称性来构建的。该模型的结果，然后检查对充分ZHAireS蒙特卡罗模拟的电场从第一原理计算。我们表明，简单的模型描述了无线电发射在几个百分点的水平在广泛的范围内的观测几何形状和一个由淋浴的基础上。因此，这种方法提供了一种简单的方法，以减少所需的计算时间，以准确地预测从空气簇射发射的无线电脉冲的电场，在感兴趣的实验情况下的许多实际应用。
2016-09-20 astro-ph.HE
Macroscopic Model of Geomagnetic-Radiation from Air Showers, II
讨论了运动电荷分布相干辐射发射的一般性质。导出了大面积空气簇射中电荷和电流分布的一般结构。这些随后被用来开发一个非常直观的图片所发射的无线电脉冲的属性。使用该图片可以看出，脉冲的结构是簇射轮廓的直接反射。在较高的频率下，发射被抑制，因为波长短于簇射中的重要长度尺度。结果表明，射电辐射可以用来区分质子和铁离子引起的空气簇射。
2010-10-25 astro-ph.HE
A geomagnetic filter for the Fermi-LAT background
本文提出利用地磁屏蔽效应区分GeV能量下带电粒子与伽马射线，并将其应用于Fermi-LAT数据，以部分分解河外伽马射线背景，考察恒星形成星系的贡献。
2023-07-02 astro-ph.HE
The air shower maximum probed by Cherenkov effects from radio emission
宇宙射线引起的空气簇射的无线电探测在过去十年中已经开始飞行。随着实验的努力，一些理论模型被开发出来。主要的无线电发射机制被确定为由于地球磁场中的电子和正电子的偏转而产生的地磁发射和由于空气簇射锋中的净电子过剩而产生的电荷过剩发射。直到最近才表明切伦科夫效应在空气簇射的无线电发射中起着重要作用。在这篇文章中，我们展示了这些效应的重要性，以定量地提取从无线电信号中的簇射最大值的位置，这是初始宇宙射线质量的敏感措施。我们还表明，电荷过剩和地磁发射的相对大小的变化相当大，在小的观测距离切伦科夫效应适用。
2013-04-04 astro-ph.HE
Radio emission from Air Showers. Comparison of theoretical approaches
虽然用于探测超高能宇宙射线（UHECR）的荧光和地面计数器技术已经发展了几十年，但在20世纪60年代的初步实验之后，对射电探测的兴趣减弱了。因此，荧光和表面阵列技术今天更加成熟，提供了更可靠的测量初级宇宙粒子的能量，化学成分和非弹性截面。无线电技术的优点是100%的占空比和较低的部署和运营成本。因此，无线电技术可以大大补充荧光和地面阵列探测，也可以独立工作。随着ANITA气球探测器观测UHECR以及LOPES、CODALEMA和其他地面无线电探测器的成功，无线电技术近年来得到了显著的推动。为了从射电观测中获得初级宇宙线粒子的能量和其他参数，需要可靠的蒙特卡罗（MC）模拟。近年来，提出了几种MC技术，如ZHairesS和端点形式化。虽然它们似乎很好地再现了一些观察到的数据，但在某些条件下，不同方法之间存在分歧。在这项工作中，我们从麦克斯韦方程推导出这些方法，并证明他们的身份在一定条件下，以及讨论其适用性的UHECR空气淋浴和SLAC的拟议实验。
2013-03-13 astro-ph.HE
Yakutsk array radio emission registration results in the energy range of 3*10^16-5*10^18 eV
本文介绍了2008-2012年32 MHz超高能空气簇射射电辐射的一组测量结果。簇射是由地磁角和方位角选择的，然后由三个间隔的能量选择：3*10^16 3*10^17 eV，3*10^17 6*10^17 eV和6*10^17 5*10^18 eV。在每个能量间隔平均横向分布函数使用数学平均的数据从天线与不同的方向绘制。本文用实验数据确定了射电信号平均幅度与地磁角、簇射轴距和能量的关系。对给定能量范围的宇宙线簇射最大深度Xmax进行了估算。根据QGSJET模型计算和平均横向分布函数形状进行评价。
2013-09-26 astro-ph.HE
Overview of MHz air shower radio experiments and results
在本文中，我提出了一个审查的主要结果，在过去的10年中，在宇宙射线的空气簇射在MHz范围内的无线电探测领域。所有实验的所有结果都不能在这里报告，所以我将更多地关注结果而不是实验本身。现代实验始于2003年，使用CODALEMA和LOPES。2006年，小型自主原型装置安装在皮埃尔俄歇天文台，以帮助设计俄歇工程无线电阵列（AERA）。我们将讨论无线电数据分析和确定初级宇宙射线特征的主要方面：到达方向、电场的横向分布、与初级能量的相关性、发射机制和对宇宙射线成分的敏感性。
2013-02-12 astro-ph.HE astro-ph.IM
Simulation of radio emission from air showers in atmospheric electric fields
研究了大气电场对宇宙线空气簇射发射的射电脉冲的影响。在晴朗的天气条件下，无线电发射的主要部分是由地磁场驱动的。当簇射电荷在电场中被加速和偏转时，会发出额外的辐射。我们模拟这种效果的Monte Carlo代码REAS 2，使用CORSIKA模拟阵雨作为输入。在这两个代码中，已经实现了处理电场对簇射粒子的影响的例程。我们发现，无线电脉冲显着改变的顺序~100 V/cm和更高的背景场。实际上，这意味着穿过雷暴的空气簇射发射的无线电脉冲不是簇射能量的可靠测量。在其他天气情况下，显著的电场效应预计很少发生，但雨层云可以拥有足够大的电场。一般来说，电场对无线电脉冲的贡献具有与地磁脉冲不同的极化特性。为了滤除受电场影响的无线电脉冲，无线电空气簇射实验应保留天气信息并对无线电信号进行全极化测量。
2010-02-25 astro-ph.HE
Probing the radio emission from air showers with polarization measurements
从空气簇射中发射出的无线电波被认为是所谓的地磁发射过程。在大约50 MHz的频率下，这个过程导致相干辐射，可以用相当简单的设置观察到。由该发射过程引起的电场的方向仅取决于局部磁场矢量和空气簇射的入射方向。我们报告的电场矢量的测量，除了这个地磁分量，另一个组件已被观察到，这是无法描述的地磁发射过程。这些数据提供了强有力的证据表明，其他电场分量是径向极化相对于簇射轴，在协议由Askaryan谁描述的无线电发射粒子簇射由于一个负电荷-在簇射的前面过量的预测。我们的结果进行了比较，其中包括辐射机制引起的电荷过剩过程的计算。
2014-02-20 astro-ph.HE astro-ph.IM
Development of a radio-detection method array for the observation of ultra-high energy neutrino induced showers
最近由CODALEMA合作的无线电探测技术的UHE宇宙线的特性的能力的演示，要求使用这种强大的方法来观察UHE中微子。为此，目前正在对现有的21厘米阵列（中国）进行调整。在一个非常低的电磁噪声水平，10160对数周期50-200兆赫天线坐落在两个高的山谷，周围的山脉。这种布局导致中微子与沿着两个4-6公里基线方向的低入射轨道相互作用的有效岩石厚度为30-60公里。我们将首次进行现场射电测量，证明这种环境对于观测源自10^17-20 eV τ中微子相互作用的τ的电磁衰变信号具有特别有利的条件。
2009-02-04 astro-ph.HE astro-ph.IM
Lateral distribution of radio signal measured in showers with energy 5*10^16-10^18 eV at the Yakutsk EAS array
我们提出了在2008-2012年进行的频率为32 MHz的EAS无线电发射的测量。阵雨选择的天顶和方位角方向，能源采样。平均横向分布函数拟合到每个间隔的数据。本文利用方程（1）、（2）系数与能量、地磁角的关系，给出了横向分布三个能量区间的统一近似公式。本文还分析了侧向分布形态与最大簇射发展深度Xmax之间的关系。
2013-09-26 astro-ph.HE
Monte Carlo simulations of radio pulses in atmospheric showers using ZHAireS
我们提出了预测的无线电脉冲发射的广泛的空气阵雨使用ZHAireS，AIRES为基础的蒙特卡罗代码，考虑到超高能宇宙射线诱导的簇射发展在大气中的全部复杂性，并允许在时域和频域的电场的计算。我们不预设任何发射机制，但我们的结果是兼容的地磁和电荷过剩的无线电发射效应的叠加。我们研究了电场的极化以及折射率n和簇射几何对射电脉冲的影响。我们表明，几何形状，再加上相对论效应时，出现使用一个现实的n>1，发挥了突出的作用，无线电发射的空气淋浴。
2012-04-16 astro-ph.HE
Simulation of radio emission from cosmic ray air shower with SELFAS2
本文对大气中超高能宇宙射线引发的空气簇射的射电辐射进行了微观计算。所采用的策略是计算电磁分量的每个二次粒子贡献，并在任何位置构建总信号。SELFAS 2是一个不依赖于像AIRES或CORSIKA这样的空气淋浴发生器的代码，它基于空气淋浴普遍性的概念，这使得它完全自主。空气簇射中的每个正电子和电子都是随机产生的，遵循相关的分布，并沿着它们在大气中的传播轨迹跟踪它们。我们在本文中证实了早先的结果，无线电发射主要是由于横向电流的时间导数和时间导数的电荷过剩。除了平行于地磁场的空气簇射的情况外，由地磁场中的电荷的系统偏差产生的横向电流的时间导数与电荷过量贡献相比通常是占主导地位的。
2012-03-23 astro-ph.HE hep-ph
Signal model and event reconstruction for the radio detection of inclined air showers
针对超高能宇宙线倾斜空气簇射的射电探测需求，提出仅含两个参数的解析射电发射足迹模型，可实现5%本征分辨率的电磁能量重建，助力轻重宇宙线区分。
2023-01-13 astro-ph.HE astro-ph.IM
Radio detection of cosmic rays in [1.7-3.7] MHz: the EXTASIS experiment
自2003年以来，人们一直致力于了解20 MHz以上大范围空气簇射的无线电发射。尽管一些研究直到90年代初才开始，但低于20 MHz的可用频段已经闲置了20年。然而，一些开创性的实验声称，广泛的空气簇射在这个波段发射出强烈的电场，并且有证据表明，随着频率的降低，无线电脉冲幅度会大幅增加。EXTASIS实验位于Nançay射电天文观测台内，由闪烁器阵列和CODALEMA实验的自主无线电台提供支持，旨在重新调查低频带，特别是研究所谓的“突然死亡”贡献，即预期的阵雨锋面在撞击地面时辐射的电场。在这项工作中，我们提出了仪器设置的EXTASIS实验组成的~ $7$低频天线工作在[1.7-3.7] MHz，覆盖约\SI{1}{\kilo\metre\squared}。我们报告的观测~ $18$空气簇射检测符合三台仪器，并估计检测阈值的\SI{23\pm4}{\micro\volt\per\metre}从比较详细的SELFAS 3模拟。我们还报告了低频信号观测与大气电场的强相关性。
2019-05-01 astro-ph.HE astro-ph.IM
The LOPES experiment - recent results, status and perspectives
自2003年以来，卡尔斯鲁厄理工学院的LOPES实验一直在40至80 MHz的频率范围内与KASCADE-Grande空气簇射探测器同步获取无线电数据。各种实验配置已被用来研究的方面，如能量标度，地磁依赖性，横向分布和偏振的无线电发射的宇宙射线。KASCADE-Grande提供的高质量的每事件空气簇射信息是许多研究的关键，甚至使我们能够与无线电发射的模拟进行详细的每事件比较。在这篇文章中，我们给出了LOPES所获得的结果的概述，并提出了不断发展的实验的现状和前景。
2010-09-02 astro-ph.HE
Signal Model and Energy Reconstruction for the Radio Detection of Inclined Air Showers in the 50-200 MHz Frequency Band
本研究利用CoREAS模拟将倾斜簇射射电信号模型扩展到50-200 MHz频段，通过参数化电荷过剩分离地磁分量并拟合横向分布函数重建辐射能量，在奥格天文台和GRANDProto300实现<5%固有分辨率，在大型阵列上实现<10%分辨率。
2025-07-09 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ex
Complex Analysis of Askaryan Radiation: UHECR Reconstruction
Whittier College（惠蒂尔学院）
本文提出一个解析模型，结合Askaryan辐射和ARA射频通道响应，确认了南极ARA观测到的13个候选事件为超高能宇宙射线，并通过相干叠加波形与模型的高相关性验证了方法的有效性。
2026-07-07 astro-ph.HE
REAS3: A revised implementation of the geosynchrotron model for radio emission from air showers
在过去几年中，经常使用免费提供的蒙特卡洛代码REAS与数据进行比较，该代码根据地球同步加速器模型模拟空气簇射的无线电发射。然而，在以前的代码版本中，由于空气簇射中带电粒子数量的变化而产生的发射没有考虑在内。在下面的文章中，我们将通过纳入“终点贡献”来展示REAS 3中这些排放贡献的实施情况，并讨论通过此次修订获得的REAS预测的变化。描述辐射过程的基础是一个通用的描述，这是通过使用的终点配方。因此，REAS 3不仅模拟了纯地磁辐射，而且模拟了由于空气簇射中净电荷过剩的变化而产生的辐射，而与地球的磁场无关。此外，我们提出了横向分布的LOPES数据与REAS 3模拟分布的比较。结果表明，REAS3模拟结果与实测数据吻合较好。
2010-09-10 astro-ph.HE
Radio detection of Cosmic-Ray Air Showers and High-Energy Neutrinos
本文介绍了粒子级联的射电辐射，概述了各种实验，并解释了空气簇射特性的射电测量方法。最后讨论了射电技术在高能天体粒子物理中的应用前景。由于数字无线电实验的成功运作，以及对发射的定量理解的提高，无线电探测又回到了广泛的空气簇射的有前途的技术名单上。无线电探测器的阈值约为100 PeV，对研究最高能量的银河宇宙射线和所有类型的超高能河外粒子特别有用。LOPES、CODALEMA、AERA、LOFAR和Tunka-Rex等各种天线阵列已经表明，无线电测量可以与其他技术在精度上竞争，特别是在到达方向、能量和簇射最大值的位置方面。无线电技术的科学潜力似乎在与粒子探测器结合时达到最大，这增加了空气簇射测量的总精度。这对于更好地分离不同的初级粒子（如伽马射线光子、中微子或不同类型的原子核）至关重要。除了空气簇射外，无线电技术还可用于稠密介质中的粒子级联。ARA、ARIANNA和ANITA等几个开创性的实验目前正在寻找由冰中的超高能中微子引起的级联。此外，未来的几个项目将同时针对高能宇宙射线和中微子。SKA将在月球风化层中搜寻中微子和宇宙射线引发的级联，并为空气簇射测量提供前所未有的细节。最后，像GRAND、SWORD或EVA这样具有巨大曝光量的无线电探测器正在被考虑用于研究最高能量的宇宙射线和中微子。
2017-01-03 astro-ph.HE astro-ph.IM
Observation of Ultra-high-energy Cosmic Rays with the ANITA Balloon-borne Radio Interferometer
我们报告了16个平均能量为1.5 x 10^{19} eV的宇宙射线事件的观测结果，这些事件是通过宇宙射线空气簇射与南极地磁场相互作用产生的无线电脉冲进行的，这一过程被称为地球同步辐射。我们提出了第一个超宽带，远场测量的无线电频谱密度的地球同步辐射的范围从300-1000兆赫。发射在垂直于投影地磁场的平面中是100%线性偏振的。我们观察到的事件中有14个被认为是由于无线电波束从冰面反射而发生的相位反转，另外两个事件是直接从地平线上方看到的。
2010-05-12 astro-ph.HE astro-ph.IM
Revisiting the Radio Lateral Distribution Function: An amplitude dependence on $X_{\rm max}$ and primary composition
Faculty of Physics, University of Warsaw（华沙大学物理学院）
研究揭示了地面水平电场振幅对$X_{\rm max}$位置的强依赖性，表明LDF形状和振幅均编码着初级成分信息，影响电磁能量重建方法。
2026-03-17 astro-ph.HE
Results of a self-triggered prototype system for radio-detection of extensive air showers at the Pierre Auger Observatory
我们描述的实验装置和结果的RAuger，一个小的无线电天线阵列，由三个完全自主和自触发的无线电探测站，安装在靠近中心的表面探测器（SD）的皮埃尔俄歇天文台在阿根廷。该装置的设计是为了探测由超高能宇宙射线引发的空气簇射的电场强度，而不使用另一个探测系统的辅助触发器。RAuger于2006年12月安装，在与SD发生65次登记一致后，于2010年5月终止。局部角坐标中的天空地图（即，天顶角和方位角）揭示了强烈的方位不对称性，这与地磁发射过程占主导地位的机制一致。电场和初级宇宙线的能量之间的相关性是第一次，在一个能量范围内，覆盖两个数量级之间的0.1 EeV和10 EeV。它表明，这种设置是相对更敏感的倾斜阵雨，相对于SD。除了这些结果，这突出了潜在的无线电检测技术，重要的信息，自触发无线电检测系统的一般行为已经获得。特别是，我们将讨论在不同的局部电场条件下的无线电自触发。
2012-11-02 astro-ph.HE
Polarisation signatures in radio for inclined cosmic-ray induced air-shower identification
自主无线电检测，即，用独立的无线电阵列探测空气簇射是下一代天体粒子探测器需要克服的主要技术挑战之一。在这种情况下，我们研究模拟无线电信号的极化签名，以识别宇宙射线和中微子引发的相关空气簇射。我们比较了两个无线电发射源（电荷过剩和地磁），并表明，前者几乎可以忽略不计的倾斜（天顶角$>65^{\circ}$）宇宙线空气簇射。这基于总电场沿局部磁场方向的投影，在DAQ级提供了有效的背景抑制标准。对于测量三个正交极化的天线，即使在在线处理中，也可以很容易地计算出这个相关的量。独立于实验天线布局，我们估计，假设噪声事件的随机极化，从$\approx 72\%$（对于非有利的探测器位置）到$\approx 93\%$（对于有利的位置）的噪声诱导事件的拒绝和87%（93%）的触发效率与$3σ$（$5σ$）触发阈值水平应该是可以实现的。我们还表明，中微子引起的阵雨提出了一个电荷过剩地磁信号比高达$\sim 10$倍高于宇宙射线阵雨。虽然这一特性使得通过这里开发的方法识别中微子诱导的簇射具有挑战性，但它提供了一个有效的标准来离线区分宇宙射线和中微子原色。较强的电荷过剩发射也将有助于重建空气簇射参数，如核心位置。
2022-11-07 astro-ph.HE astro-ph.IM
Study of an Isolated Double-pulse Cosmic Ray Candidate Recorded with the Askaryan Radio Array
本研究利用FAERIE和AraSim模拟，详细分析了ARA探测器记录的一个孤立双脉冲宇宙射线候选事件，确定其源于向下传播的宇宙射线大气簇射，并验证了模拟与观测时间结构的一致性。
2025-09-17 astro-ph.HE astro-ph.IM
Reconstructing inclined extensive air showers from radio measurements
我们提出了一种用于大范围空气簇射的重建算法，其天顶距在65 $^\circ$和85 $^\circ$之间，使用30-80 MHz频段的无线电天线测量。我们的算法是基于来自CoREAS模拟的信号模型，该模型明确考虑了电荷过剩和地磁辐射的叠加以及早期-晚期效应所引入的不对称性。我们利用拟合参数之间的相关性来降低维数，从而确保拟合过程的稳定性。我们的方法达到了重建效率接近100%的固有分辨率的电磁能量的重建远低于5%。它可以用于即将到来的使用30-80 MHz频段的大型无线电探测阵列，特别是Pierre Auger天文台的AugerPrime无线电探测器，并且可能适用于GRAND等在更高频率下工作的实验。
2022-08-30 astro-ph.HE astro-ph.IM
TAROGE-M: Radio Antenna Array on Antarctic High Mountain for Detecting Near-Horizontal Ultra-High Energy Air Showers
TAROGE-M是部署在南极高山的自触发射电天线阵列，利用高海拔和地磁场探测0.1 EeV以上的超高能空气簇射；首个站25.3天的运行成功探测到7个宇宙射线事件，验证了其性能，并展现出与ANITA相当的异常事件探测灵敏度。
2022-09-26 astro-ph.HE
Simulation Study of the Relative Askaryan Fraction at the South Pole
我们使用CoREAS模拟研究地磁和阿斯卡里安无线电发射的宇宙射线的空气淋浴在南极的位置的比率。Askaryan发射相对于总发射的分数由无线电信号在其峰值振幅时的极化决定。我们发现，相对Askaryan分数具有径向依赖性增加的距离从簇射轴-与高原周围的切伦科夫环。我们进一步发现，Askaryan分数取决于阵雨参数，如天顶角和距离阵雨最大值。虽然这些依赖性与早期的研究是一致的，但它们尚未被用来确定基于Askaryan分数的簇射最大值$X_\mathrm{max}$的深度。拟合这些依赖关系的多项式模型，我们到达一个替代的方法来重建$X_\mathrm{max}$使用测量的Askaryan分数和淋浴的几何形状作为输入。根据Askaryan分数的测量不确定性，该方法提供了$X_{\mathrm max}$的测量，其分辨率类似于从无线电观测值重建$X_{\mathrm max}$的其他方法。虽然现有的模板方法提供了更高的分辨率，但它们的计算量更大。因此，使用极化提取无线电信号的Askaryan分数应被视为在未来几代模板拟合重建和其他多变量方法测量$X_{\mathrm max}$中可观察到的额外输入。
2022-04-28 astro-ph.HE
The renaissance of radio detection of cosmic rays
大约50年前，宇宙射线空气簇射的第一个无线电信号被探测到。然而，在许多成功的研究之后，研究甚至在10年后停止。仅在十年前，该领域随着强大的数字信号处理技术的应用而复兴。从那时起，探测技术已经成熟，我们现在正处于从小规模实验的过渡阶段，以达到能量低于1018 eV的实验超过1019 eV。我们已经证明，空气簇射无线电信号携带的信息的能量和质量的初级粒子，目前的实验是在量化的精度，可以访问这些信息的过程中。所有这些都依赖于对射电辐射过程的深入理解，射电辐射过程可以解释为地磁辐射、Askaryan电荷过剩辐射和大气密度梯度中产生的切伦科夫相干效应的相干叠加。在这篇文章中，我强调了无线电探测宇宙射线的“最新技术”，并简要讨论了未来几年的前景。
2013-10-25 astro-ph.HE astro-ph.IM
Refractive displacement of the radio-emission footprint of inclined air showers simulated with CoREAS
由于地磁辐射和电荷过剩辐射的叠加，广泛的空气簇射的无线电发射的足迹已知表现出不对称性。对于倾斜的空气簇射，几何早-晚效应进一步干扰信号分布。校正这些不对称的COREAS模拟揭示了一个额外的干扰，在大气中的高度倾斜的阵雨与现实的折射率分布的信号分布。这种额外的明显不对称实际上是由于无线电发射足迹相对于地面上的蒙特卡罗簇射撞击点的系统位移造成的。对于天顶距为$85^\circ$的簇射，我们发现地平面上的位移为$\sim 1500\,\text{m}$，说明这种效应在实际应用中是相关的。基于斯涅耳定律的大气折射模型描述了这种位移，与我们从CoREAS模拟中观察到的结果吻合得很好。因此，我们得出结论，位移是由大气折射引起的。
2020-08-27 astro-ph.HE astro-ph.IM
Lateral Distribution of the Radio Signal in Extensive Air Showers Measured with LOPES
LOPES天线阵安装在德国卡尔斯鲁厄的KASCADE-Grande广泛空气簇射实验的位置，旨在测量和研究广泛空气簇射的无线电脉冲。一致的测量使我们能够重建电场强度在观察水平的一般EAS参数的依赖。本文详细研究了空气簇射中无线电信号的横向分布。研究发现，单个EAS中电场强度的横向分布可以用指数函数来描述。对于约20%的事件的平坦朝向淋浴轴观察到，优先为淋浴与大倾角。描述横向剖面坡度的估计尺度参数R 0在100至200米之间。没有证据表明R 0与方位角、地磁角或初级能量等簇射参数有直接的相关性，这表明在簇射发展过程中，横向剖面是无线电发射的一种内在性质，这使得无线电探测技术适合于大规模应用。
2009-10-26 astro-ph.HE
Full Monte Carlo simulations of radio emission from extensive air showers with CoREAS
CoREAS是一个蒙特卡罗模拟代码，用于计算广泛的空气簇射的无线电发射。它是基于“端点形式主义”的辐射直接在CORSIKA实现的移动电荷。因此，考虑到空气簇射物理的全部复杂性，而不需要对发射机制进行近似或假设。我们提出了一个unthinning淋浴与COREAS MHz和GHz频率的模拟结果。在MHz频率下，模拟预测了众所周知的地磁和电荷过剩辐射的混合物。在GHz频率下，发射受到大气中折射率变化引起的切伦科夫效应的强烈影响。此外，观察到的GHz辐射图案的对称性的定性差异相比，在较低的频率。我们还讨论了无线电发射的地面面积从近垂直到非常倾斜的几何形状时，非常倾斜的空气阵雨宇宙射线无线电探测最有前途的。
2013-07-29 astro-ph.HE astro-ph.IM
Comparing LOPES measurements of air-shower radio emission with REAS 3.11 and CoREAS simulations
宇宙射线空气簇射发射频率为MHz的无线电脉冲，可以用德国卡尔斯鲁厄理工学院的无线电天线阵列（如LOPES）进行测量。为了提高无线电发射的理解，我们测试的理论描述与测量数据。用于这些测试的观测量是无线电信号的绝对振幅和无线电横向分布的形状。我们比较横向分布的500多LOPES事件与两个最近和公共的蒙特卡罗模拟代码，REAS 3.11和COREAS（v 1.0）。REAS 3.11预测的绝对射电振幅与LOPES测量结果符合得很好。由COREAS预测的振幅低了2倍，并且在系统尺度不确定性内与LOPES测量值略微兼容。与REAS之前的任何版本相比，REAS 3.11和CoreAS现在正确地再现了测量的横向分布的形状。与几年前的情况相比，这反映了一个显着的进步，似乎现在已经了解了空气簇射的无线电发射的主要过程：发射主要是由于簇射中电子和正电子的地磁偏转。不太重要但不可忽略的是Askaryan效应（净电荷变化）。此外，我们确认空气的折射率起着重要的作用，因为它改变了发射的相干条件：只有新的模拟，包括折射率可以重现上升的横向分布，我们观察到在一些LOPES事件。最后，我们表明，横向分布是敏感的能量和质量的初级宇宙线粒子。
2015-12-18 astro-ph.HE
Radio detection of Extensive Air Showers (ECRS 2016)
宇宙射线空气簇射的主要由地磁产生的无线电发射的探测提供了空气切伦科夫和空气荧光探测的替代方案，因为它不限于晴朗的夜晚。像这些已建立的方法一样，无线电信号对量热能量和电磁簇射分量的最大值的位置敏感。这使得天线阵列成为粒子探测器阵列的理想延伸，其能量超过初级宇宙射线粒子的阈值约100 PeV。在过去的几年里，宇宙射线空气簇射的数字无线电技术再次取得了重大进展，现在有一个一致的图像，由几次测量证实的发射机制。AERA和Tunka-Rex天线阵列的最新结果证实，簇射能量的绝对准确性与其他探测技术一样好。此外，对无线电信号簇射最大值的敏感性已经在通卡-雷克斯的空气切伦科夫测量的直接比较中得到证实。密集天线阵列LOFAR在宇宙射线质量组成的准确性方面已经可以与现有技术相媲美。在未来，新一代的无线电实验可能会推动这一领域的发展：要么为倾斜的宇宙射线或中微子簇射提供极大的曝光量，要么像澳大利亚的SKA核心那样，提供极其详细的测量。
2017-01-19 astro-ph.HE astro-ph.IM
Reconstruction of air-shower parameters for large-scale radio detectors using the lateral distribution
利用CoREAS对Tunka-Rex天线阵进行了模拟，研究了宇宙线空气簇射（主要能量为$> 0.1$ ~EeV）发射的无线电信号的横向分布函数（LDF）特征及其与能量和簇射最大值等空气簇射参数的关系。考虑到所有重要的贡献，总的无线电发射，如地磁效应，电荷过剩，和大气折射，我们参数化的无线电LDF。这个参数化是二维的，有几个自由参数。大量的自由参数是不适合稀疏阵列在低信噪比（信噪比）下工作的实验。因此，利用对称性，我们减少了自由参数的数量，并减少了LDF到一个简单的一维函数。剩余的参数可以用少量的点来拟合，即少到来自三个天线的信号高于检测阈值。最后，我们提出了一种重建空气簇射参数的方法，特别是能量和簇射最大值$X_{\mathrm{max}}$，其理论精度分别优于15%和30 g/cm $^2$。
2015-12-18 astro-ph.HE astro-ph.IM
An analytic description of the radio emission of air showers based on its emission mechanisms
超高能宇宙射线可以通过探测空气簇射的射频辐射来测量。无线电频率发射起源于地磁场中的空气簇射粒子的偏转和簇射锋中随时间变化的负电荷过剩。无线电信号在地面上的分布包含了关键的宇宙射线属性的信息，如能量和质量。一个长期存在的挑战是用稀疏的天线网格来实验性地访问这些信息。我们提出了一个新的解析模型的无线电信号分布，仅取决于定义的簇射轴和参数的能量和距离的发射区域。到发射区的距离与宇宙射线的质量有直接关系。这种新的分析模型描述了辐射的不同极化，因此允许使用不同极化的独立测量信号，从而使当前无线电阵列中可用的信息量与迄今为止使用的信息量相比增加一倍。我们表明，与使用的CoREAS蒙特卡罗模拟，拟合的测量与我们的模型并没有导致显着的贡献，在系统偏差和分辨率的提取参数的能量和距离发射区域，相比，预期的实验测量的不确定性。
2018-09-28 astro-ph.HE astro-ph.IM
Radio-Morphing: a fast, efficient and accurate tool to compute the radio signals from air-showers
无线电探测空气簇射是一项成熟的技术，在过去几十年中得到了发展。随着越来越大规模的实验，需要大量的空气簇射模拟来评估每个天线位置的无线电信号。Radio Morphing就是为了这个目的而开发的。它是一种半分析工具，能够根据给定位置的一个单一参考簇射的模拟数据，快速计算任何位置的任何空气簇射发射的无线电信号。它依赖于无线电发射的简单电磁标度定律（即，电场），然后在期望位置插入无线电脉冲。我们在这里提出的无线电变形方法，最近已实施的重大改进。升级版是基于修订和完善的标度定律，来自物理原理。它还包括一个新的空间插值技术，一个优秀的信号授时精度的纳秒的一部分，可以达到。这种新的实现，提供了模拟信号的峰-峰幅度的ZHAireS模拟的相对差异低于10%（分别为25%）的91%（99%）的天线，而计算时间减少了超过2个数量级相比，标准的模拟。这使得Radio Morphing成为一种有效的工具，可以快速准确地计算空气淋浴无线电信号。Askaryan发射的进一步实现或使得能够使用地磁场的输入值，将使与ZHAireS的相对差异减少几个百分点，并使该方法更具通用性。
2022-02-11 astro-ph.HE astro-ph.IM
Radio Detection of ultra-high-energy Cosmic-Ray Air Showers
本文介绍射电天线探测超高能宇宙射线大气簇射的原理、观测站及近期成果，强调其精度媲美传统技术，并展望其在下一代实验及搜寻光子和中微子中的作用。
2025-02-27 astro-ph.HE astro-ph.IM
SMIET: Fast and accurate synthesis of radio pulses from extensive air shower using simulated templates
本文提出模板合成方法及 Python 包 SMIET，通过重缩放微观模拟的切片簇射快速生成无线电脉冲，并在宽频带与 CoREAS 对比中验证其高精度和适用性。
2025-05-15 astro-ph.HE
Polarized radio emission from extensive air showers measured with LOFAR
我们提出LOFAR测量无线电发射广泛的空气淋浴。我们发现，这种发射是强烈的偏振，与近$99\%$的偏振度的中位数，和电场和洛伦兹力作用于粒子的偏振方向之间的角度，取决于观察者在簇射平面的位置。这可以理解为径向极化电荷过剩发射机制的叠加，首先由Askaryan提出，地磁发射机制由Kahn和Lerche提出。我们计算的相对强度的贡献，量化的电荷过剩分数，为$163$个人的空气淋浴。我们发现，测得的电荷过剩的分数是较高的空气阵雨到达更接近天顶。此外，所测量的电荷过剩分数也随着观察者距离空气簇射对称轴的增加而增加。测量值范围从$25\, \mathrm{m}$非常倾斜的空气簇射的$(3.3\pm 1.0)\%$到$225\, \mathrm{m}$几乎垂直的簇射的$(20.3\pm 1.3)\%$。这两种依赖关系与理论预测定性一致。
2014-09-09 astro-ph.HE astro-ph.IM
Reconstruction of highly inclined extensive air showers in GRAND
本文介绍了GRAND实验中高度倾斜广延大气簇射的重建方法，采用球面波前模型和角分布函数处理到达时间与幅度不对称性，并通过模拟观测验证了重建流程的初步效果。
2024-09-03 astro-ph.HE astro-ph.IM
RDSim, a fast and comprehensive simulation of radio detection of air showers
本研究提出RDSim快速综合模拟框架，基于叠加玩具模型分离簇射射电分量，结合少量ZHAireS模拟实现多几何多能量的空气簇射射电探测模拟，支持粒子触发模拟与相空间扫描，适用于中微子事件等低触发概率场景的研究。
2023-07-14 astro-ph.HE astro-ph.IM
RDSim: A fast, accurate and flexible framework for the simulation of the radio emission and detection of downgoing air showers
本文提出RDSim框架，利用基于ZHAireS输入的可缩放、可旋转叠加发射模型及μ子触发玩具模型，快速准确模拟下行大气簇射的无线电发射与阵列探测。
2023-07-14 astro-ph.HE astro-ph.IM
A large light-mass component of cosmic rays at 10^{17} - 10^{17.5} eV from radio observations
宇宙射线是自然界中能量最高的粒子。测量10^{17} eV和10^{18} eV之间的宇宙射线的质量组成，对于了解这个能量范围是由银河系还是河外源主导至关重要。也有人提出，天体物理学上的中微子信号来自能够产生这些能量的宇宙射线的加速器。宇宙射线在大气中引发次级粒子（空气簇射）的级联，其质量可以通过测量簇射最大值的大气深度Xmax或到达地面的簇射粒子的组成来推断。电流测量遭受低精度或低占空比和高能量阈值。宇宙射线的无线电探测是一项迅速发展的技术，适用于确定占空比原则上接近100%的Xmax。这种辐射是由地磁场中相对论性带电粒子的分离和簇射阵面中过量的负电荷产生的。在这里，我们报告了在10^{17}-10 ^<$17.5} eV之间的X最大值的射电测量，平均精度为16 g/cm ^2。由于$Xmax的高分辨率，我们可以确定质谱并找到混合成分，包含约80%的轻质量分数。除非河外成分已经在10^{17.5} eV以下变得显著，否则我们的测量表明在这个能量范围内还有一个额外的银河系成分占主导地位。
2016-05-01 astro-ph.HE hep-ex
Energy Estimation of Cosmic Rays with the Engineering Radio Array of the Pierre Auger Observatory
俄歇工程射电阵列（AERA）是皮埃尔俄歇天文台的一部分，用于探测宇宙射线空气簇射的射电发射。这些观测结果与天文台地面探测站的数据进行了比较，后者提供了关于宇宙射线能量和到达方向的精确校准信息。无线电台在30至80兆赫范围内的响应已完全校准，以便能够重建输入电场。对于后者，每个区域的能量沉积是从每个观察者位置处的无线电脉冲确定的，并且使用二维函数进行插值，该二维函数考虑到由于地磁和电荷过量发射分量之间的干扰而引起的信号不对称性。对信号分布的空间积分给出了从初级宇宙线转移到AERA频率范围内的无线电发射的能量的直接测量。我们测量15.8兆电子伏的辐射能量为1 EeV的空气簇射到达垂直于地磁场。这种辐射能量-校正几何效应-被用作宇宙射线能量估计器。执行绝对能量校准对表面探测器的信息，我们观察到，这种无线电能量估计尺度二次与宇宙射线能量预期的相干发射。我们发现的无线电重建的能量分辨率为22%的数据集和17%的高质量的子集，仅包含至少有五个无线电台的信号的事件。
2016-06-20 astro-ph.HE astro-ph.IM
