A Model of the Response of Surface Detectors to Extensive Air Showers Based on Shower Universality
基于簇射普适性，提出适用于水切伦科夫和闪烁体表面探测器的响应模型，可精确重建簇射极大深度和缪子数。
2024-07-23 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ex
3D simulation for Cherenkov emissions in Extensive Air Showers
本文报道了广泛空气簇射（EAS）中切伦科夫光子辐射的三维数值模拟。CORSIKA是用于描述EAS的最广泛使用的蒙特卡罗生成器，但由于所需的大量数据存储和运行时间，不建议计算EAS在超高能量下的切伦科夫光发射。所提出的BinTheSky是一个框架来模拟切伦科夫光发射使用的空间信息产生的蒙特卡洛发生器。光在淋浴器中发射，传播并衰减到地面。该框架使人们能够计算光的空间，时间和方向分布在地面或在给定的高度，而超高能宇宙线实验的通常方法依赖于模拟的纵向簇射发展和参数化的横向簇射分布。
2017-02-10 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ex
Discarded low energy particles in extensive air shower simulations: Effect on the shower Missing and Invisible Energy
超高能宇宙线簇射中中性粒子携带的能量是荧光探测器无法探测到的。这种能量通常被称为“无形能量”。由于每个簇射都有一小部分不可见能量，因此使用荧光技术确定的能量总是小于初级能量，需要进行校正。这种校正，通常被称为“丢失的能量”，只能使用蒙特卡罗模拟来估计。在这篇文章中，我们详细研究了从模拟中丢弃低能粒子对估计丢失和不可见能量的影响。我们发现，虽然效果是不重要的不可见的能量，一个重要的偏差丢失的能量，可以达到30%或更多，这取决于低能量切割值。我们提出了一个处方，如何纠正这种偏见AIRES模拟，并给出了一个新的丢失的能量参数化，包括光子和QGSJET-II强子模型的结果。我们还表明，虽然失踪和不可见的能量是密切相关的，他们是概念上不同的想法，如果我们考虑介质的贡献，淋浴能量。
2009-11-13 astro-ph.HE astro-ph.IM
Asymmetry of the angular distribution of Cherenkov photons of extensive air showers induced by the geomagnetic field
空气簇射中切伦科夫光的角分布与簇射电子和正电子的角分布密切相关。由于带电粒子在广泛的空气簇射被偏转的磁场的地球，变形的角分布的切伦科夫光，这将是近似对称的簇射轴，如果没有磁场的存在，是预期的。在这项工作中，我们研究了切伦科夫光分布的变化作为一个函数的方位角在垂直于簇射轴的平面。据发现，由地磁场引起的不对称性是最显着的阵雨演变的早期阶段和阵雨到达几乎垂直于当地地磁场的矢量。此外，它表明，忽略切伦科夫光的方位角不对称性可能会导致显着的下或高估的切伦科夫光信号，特别是在当地的地磁场是强的网站。基于CORSIKA模拟，切伦科夫光的方位分布依赖于垂直于簇射轴的磁场分量和局部空气密度被参数化。这种参数化提供了一种有效的近似方法，用于估计宇宙线和伽马射线实验中簇射模拟和重建的切伦科夫光分布的不对称性，在这些实验中观察到能量高于10^14 eV的簇射的切伦科夫信号。
2014-05-19 astro-ph.HE astro-ph.IM
EASpy: Fast simulation of fluorescence and Cherenkov light from extended air showers at large zenith angles
本文提出 EASpy 框架，利用正负电子分布参数化快速模拟大天顶角下的广延大气簇射，准确计算切伦科夫与荧光辐射，在保证与 CORSIKA 等标准工具高度一致的同时大幅降低计算时间，并首次发现大天顶角下簇射图像随冲击距离增加而变宽变长的效应。
2023-07-27 astro-ph.IM
Discarded low energy particles in extensive air shower simulations: Effect on the shower Energy Deposit
超高能宇宙线粒子在大气中引发的粒子级联模拟涉及大量粒子的产生和传播。由于跟踪每个粒子到其末端是不切实际的，因此低于特定能量（$E_{Cut}$）的粒子将从模拟中丢弃。在本文中，我们详细研究的影响，这削减对沉积在大气中的粒子级联AIRES模拟的总能量。能量沉积与荧光的发射直接相关，并且对于准确模拟荧光检测器中的簇射信号至关重要。不对丢弃的粒子进行校正会在与能量沉积相关的几个簇射观测值上引入偏差，其范围可以从3%到30%或更多，这取决于所使用的$E_{Cut}$值。提出了正确处理这些粒子的处方，并解决了由此产生的总能量沉积的校正，包括一个新的通用参数化的平均能量沉积每个粒子。在模拟中引入低能量切割以减少每次簇射所需的CPU时间，但以牺牲模拟精度为代价。我们发现，0.4 MeV削减电子和0.9 MeV削减γ是一个足够的妥协，并提出的处方是capablable消除由这种削减引入的偏见。该处方与能量切割值无关，并且可以用于校正和比较利用不同能量切割进行的模拟。
2009-11-13 astro-ph.HE astro-ph.IM
Reconstructing Air Shower Parameters with MGMR3D
本文介绍MGMR3D快速半解析代码，用于高效重建空气簇射参数，与蒙特卡洛模拟高度一致，并首次在LOFAR数据上实现$\rm X_{max}$分辨率22 g/cm$^2$和能量分辨率19%。
2023-07-09 astro-ph.HE astro-ph.IM
Muon number rescaling in simulations of air showers
使用LHC调谐的强子相互作用模型（如EPOS-LHC和QGSJetII-04）预测的广泛空气簇射中的μ子数量小于领先的宇宙线实验记录的簇射中观察到的数量。在本文中，我们提出了一种新的方法来获得μ子重标度因子通过分析模拟阵雨的重建。所使用的z变量（探测器中初始模拟和重建的总信号的差异）与μ子信号有关，大致与天顶角无关，但取决于初级宇宙射线的质量。该方法的性能进行了测试，使用Monte Carlo簇射模拟的混合探测器的皮埃尔俄歇天文台。有一个单独的z值从每个模拟的混合事件，相应的信号在1000米从淋浴轴，并使用模拟淋浴的μ子分数的参数化，我们可以计算的μ子信号的乘法重新缩放参数在地面探测器，即使是一个单独的事件。我们还可以研究它作为天顶角和初级宇宙线质量的函数的依赖性。这不仅提供了一种可能性，以测试/校准的强子相互作用模型，但也得到的$β$指数，描述的μ子的数量增加作为一个函数的初级能量和宇宙射线的质量。详细的模拟显示了$β$指数对强子相互作用性质的依赖性，因此确定这个参数对于理解μ子亏损问题是很重要的。
2021-08-17 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ex
Energy reconstruction of hadron-initiated showers of ultra-high energy cosmic rays
目前确定超高能宇宙射线（UHECR）原初能量的方法在处理强子原初能量和光子原初能量时存在差异。目前的实验结合了两种不同的技术，一组表面探测器和荧光望远镜。后者允许对初级能量进行几乎量热的测量。因此，强子引发的簇射探测器检测到的两种类型的用于校准的能量估计器从表面阵列（通常是内插信号在一定距离的簇射核心S（r 0））与初级能量。另一方面，当搜索光子原色时，这种校准是不可行的，因为迄今为止还没有明确地检测到高能光子。因此，使用纯蒙特卡罗参数化。在这项工作中，我们提出了一种新的方法来确定强子诱导簇射的初级能量的混合实验的基础上，以前开发的光子原色。它由一组校准曲线组成，这些曲线将表面能估计值S（r 0）与从荧光望远镜获得的簇射最大发展深度Xmax联系起来。然后，由于只需要S（r 0）和入射簇射的天顶角，因此可以从纯表面信息确定初级能量。考虑到超高能质子和铁的混合样品，并考虑到重建的不确定性和簇射到簇射的波动，我们证明，初级能量可以确定的系统不确定性低于1%，分辨率约16%的能量范围从10^{18.5}至10^{19.6} eV。几个阵列的几何形状，能量误差分布的形状和由于未知的初级通量的组成的不确定性进行了分析。
2015-04-16 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ex
The shape of the radio wavefront of extensive air showers as measured with LOFAR
高能宇宙射线撞击地球大气层引起的大范围空气簇射产生无线电发射，用LOFAR射电望远镜进行测量。由于发射来自几公里的有限距离，入射波前是非平面的。球面，圆锥形或双曲线形的波前已被提出，但个别的空气簇射的测量一直没有定论。对于选定的高品质的样品161测量广泛的空气淋浴，我们已经重建的波前，通过测量脉冲到达时间，以亚纳秒精度在200至350个单独的天线。对于每一个测量的空气簇射，我们已经安装了一个圆锥形，球形和双曲面形状的到达时间。拟合质量和似然分析表明，双曲面是最好的参数化。当重建簇射到达方向时，使用非平面波前形状给出改进的角分辨率。此外，可以看出波前形状对簇射几何形状的依赖性。这表明，它将有可能使用波前形状分析，以获得一个额外的处理上的大气深度的簇射最大值，这是敏感的初级粒子的质量。
2014-06-08 astro-ph.HE astro-ph.IM
Exploring the sensitivity of in-ice radio detectors to cosmic ray mass composition
University of Chicago（芝加哥大学）
该研究表明冰中无线电探测器可通过模拟簇射的横向宽度与 Askaryan 谱形状，测量 $10^{17}$eV 以上宇宙射线质量组成，其核心宽度与 $\rm X_{max}$ 高度相关。
2026-09-02 astro-ph.HE astro-ph.IM
Beyond $X_\mathrm{max}$ : Reconstructing Air Shower Profiles with Information Field Theory with SKA-Low
本研究提出基于信息场论的重建框架，结合Gaisser-Hillas轮廓、SMIET等，从SKA-Low类无线电测量中恢复空气簇射完整轮廓，实现高精度参数重建，为研究簇射强子物理及质量成分提供支撑。
2026-09-01 astro-ph.IM
Influence of clouds on the parameters of images measured by IACT at very high energies
切伦科夫望远镜的观测原则上仅限于晴朗的天空条件，因为云层对切伦科夫光的吸收很大。如果云的水平足够高或云的大气传输率很高，那么高能量簇射（具有TeV能量）仍然可以产生足够的切伦科夫光子，允许大尺寸望远镜和大视场相机进行探测。在本文中，我们研究的可能性观测阵雨，引起的高能粒子在大气中，在云的存在是完全或部分不透明的切伦科夫辐射。我们展示了如何在望远镜相机上的切伦科夫光分布的图像参数的云的不同的不透明度和高度的影响。应用蒙特卡罗模拟，我们计算了定标的长度和宽度参数，目的是在实际数据中分离γ射线和质子引发的簇射。我们表明，高水平的夜空背景的影响的选择效率的γ射线发起的阵雨。然而，较高图像清洁水平的应用显著地改善了预期的品质因数。估计的伽马射线选择效率的探测器与摄像机FOV限制为8度。比具有无限FOV的相机稍好，尽管识别的伽马射线事件的数量较低。我们的结论是，大型切伦科夫望远镜与大视场相机可以用于观测非常高的能量的伽马射线在云的存在。因此，可以显著地增加有用数据的量。
2014-09-29 astro-ph.IM
Studying the mass sensitivity of air-shower observables using simulated cosmic rays
本文使用CORSIKA模拟和Fisher线性判别分析，研究了南极和阿根廷两地宇宙线大气簇射可观测量的质量敏感性，发现高能缪子及多观测量组合能有效分离质子与铁核，但中等质量核的逐事件分离仍需更优方法。
2024-01-25 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ph
An Optimization of the FPGA Based Wavelet Trigger in Radio Detection of Cosmic Rays
观测由超高能宇宙射线引起的大范围空气簇射的相干射电发射的实验是为了详细研究空气簇射的电磁部分的发展而设计的。无线电探测器可以在100%的工作时间内工作，例如基于水切伦科夫罐的表面探测器。他们正在开发的地面实验（如皮埃尔俄歇天文台）作为另一种类型的空气簇射探测器除了荧光探测器，其中只有约10%的工作在黑暗的夜晚。来自空气簇射的无线电信号是由地磁辐射和电荷过剩过程引起的相干发射引起的。目前在无线电探测器中使用的自触发器通常会产生密集的数据流，然后进行分析。大量的注册数据需要大量的人力进行离线分析。触发效率的提高成为相关因素。在这项工作中，Morlet小波与各种缩放因子用于分析的实际数据从俄歇工程无线电阵列和优化的资源利用率在FPGA中。小波分析表明，事件的功率主要集中在频谱的有限范围内（与输入模拟带通滤波器施加的范围一致）。然而，我们发现了几个具有可疑频谱特征的事件，其中信号功率分布在由200 MHz数字化仪采样的全带宽上，具有非常高和非常低的频率的显著贡献。这些事件可能不是来自宇宙射线阵雨，但可能是人为污染。小波分析引擎可以在现代功能强大的FPGA中实现，可以在线去除可疑事件，降低触发率。
2014-06-04 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
First results from the FPGA/NIOS Adaptive FIR Filter Using Linear Prediction Implemented in the AERA Radio Stations to Reduce Narrow Band RFI for Radio Detection of Cosmic Rays
基于线性预测（LP）的FPGA/NIOS FIR滤波器用于抑制射频干扰（RFI），已安装在俄歇工程无线电阵列（AERA）实验中的多个电台中。AERA观测由超高能宇宙射线引起的大范围空气簇射的相干无线电发射，以详细研究空气簇射电磁部分的发展。无线电信号提供了补充信息，从俄歇表面探测器，这是主要敏感的空气簇射在表面的粒子含量。来自空气簇射的无线电信号是由地磁和电荷过剩过程引起的相干发射引起的。这些发射可以在10 - 100 MHz之间的频带中观察到。然而，这个频率范围被窄带RFI和其他人为失真严重污染。在无线电传感器前端电子设备的FPGA逻辑段中实现的FIR滤波器显著提高了信噪比。在本文中，我们提出的自适应LP FIR滤波器的效率，部署在真正的AERA站的潘帕斯草原，目前使用的IIR陷波滤波器与常系数的比较。实验室测试证实了过滤器的稳定性。使用恒定的LP系数，抑制效率在数小时内保持相同，这对应于多于$\bf 10^{12}$时钟周期。我们在实际条件下比较了几种不同长度和不同系数宽度的LP FIR滤波器（由于FPGA逻辑中的定点表示），目的是最大限度地减少无线电台的功耗，同时保持足够的精度来降低噪声。
2014-06-03 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
Timing analysis techniques at large core distances for multi-TeV gamma ray astronomy
我们提出了一种分析技术，使用广泛的空气淋浴（EAS）的切伦科夫图像的定时信息。我们的重点是在遥远的，或大核心距离伽马射线诱导的阵雨在多TeV的能量。具体而言，结合像素定时信息与改进的方向重建算法，导致角和核心分辨率的改善高达~40%和~ 30%，分别与相同的算法相比，没有使用定时。在10 TeV以上，这导致接近0.05度的角分辨率，以及优于~15 m的核心分辨率。离轴切割后伽马射线接受度与能量有关，其半峰全宽范围为4度至8度。对于离轴高达~6度的簇射方向，通过使用定时信息实现的角分辨率与轴上角分辨率相当，大约为100 TeV。我们在这里描述的望远镜规格和布局是针对10 TeV以上的能量的。然而，只要有合适的望远镜参数，这些方法原则上也可以应用于其他能量。这项研究中研究的5台望远镜单元最初可以为更大的稀疏望远镜阵列铺平道路，以努力将收集面积推到>10平方公里。这些结果突出了“稀疏阵列”方法在有效打开10 TeV以上能量范围方面的潜力。
2011-05-02 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
