KASCADE-Grande - Contributions to the 32nd International Cosmic Ray Conference, Beijing, August, 2011
2011年8月，KASCADE-Grande合作组织对第32届国际宇宙线会议的贡献。
2011-11-23 astro-ph.HE
The Cosmic Ray Energy Spectrum Measured with KASCADE-Grande
KASCADE-Grande是德国卡尔斯鲁厄研究中心的一个多探测器实验，用于测量100 TeV至1 EeV初级能量范围内的广泛空气簇射。这篇文章试图提供一个实验结果的概要。特别是，在10 PeV至1 EeV的范围内的所有粒子的能谱的重建的基础上，部分不同的系统不确定性的来源的四种不同的方法。由于在初级能量和质量方面的可观测量的校准依赖于蒙特卡罗模拟，我们比较了各种方法的结果应用于同一样本的测量数据。此外，第一次调查的宇宙粒子的元素组成，以及强子相互作用模型的测试分析进行了讨论。
2009-10-26 astro-ph.HE
Latest Analysis Results from the KASCADE-Grande Data
本文报告KASCADE-Grande全数据集的最新分析，比较多种后LHC强子相互作用模型对轻重原初宇宙线能谱及μ子含量演化的预测。
2023-12-08 astro-ph.HE
Change in the mass composition of primary cosmic radiation at energies in the range of E0 = 1-100 PeV according to data of the KASCADE-Grande experiment
本文根据KASCADE-Grande实验的数据，分析了E0 = 1-100 PeV能量范围内初级宇宙辐射质量组成中最轻核和最重核通量的变化。这种分析是通过最小-最大年龄（Smin-max）的方法广泛的空气簇射（EAS），这是在本文章中提出的。这种方法使得有可能估计初级宇宙辐射质量组成中最轻和最重核的谱指数，并研究所考虑范围内能量E0处这些谱的不规则性。用于估算初级宇宙辐射质量组成的Smin-max方法是基于来自KASCADE-Grande实验的E0 = 1-100 PeV范围内EAS特征的大量样本数据（超过1亿次事件）。结果表明，在E0 = 1-100 PeV的初始能量范围内，初始宇宙辐射质量组成中最轻核的积分谱指数从2.1变化到2.7，最重核的积分谱指数从1.5变化到2.1。这些结果符合KASCADE-Grande协作组得出的结论，即在E0 = 3-5 PeV范围内的初级宇宙辐射核的E0谱中的拐点是由于轻核的消除。用Smin-max方法分析了KASCADE-Grande实验数据库中E0 = 50-75 PeV范围内的初级宇宙辐射E0谱中出现的凸起，发现与伽马（GAMMA-07）实验数据一致。
2021-12-28 astro-ph.HE
Cosmic ray energy spectra derived from KASCADE-Grande data using post-LHC hadronic interaction models
本研究基于KASCADE-Grande簇射大小测量，采用多种后LHC强子模型并计入涨落，更新10 PeV–1 EeV宇宙线能谱，且首次测试EPOS-LHC-R。
2025-08-29 astro-ph.HE
KASCADE-Grande Limits on the Isotropic Diffuse Gamma-Ray Flux between 100 TeV and 1 EeV
KASCADE和KASCADE-Grande是多探测器装置，用于测量超高能宇宙射线的单个空气簇射。根据KASCADE和KASCADE-Grande测量的数据集，90%的C.L.在${10}^{14} - {10}^{18}$ eV的能量范围内确定初级宇宙射线通量中伽马射线通量的上限。分析是通过选择一个低μ子含量的空气簇射相比，由高能核引起的空气簇射的伽马射线诱导的阵雨预期。用$1.1 \times {10}^{-5}$在$3.7 \times {10}^{15}$ eV处得到γ射线占宇宙线总通量的最佳上限。转换为绝对伽马射线通量，这对一些基本的天体物理模型设置了限制，例如至少一个冰立方中微子过剩模型的源距离。
2017-10-08 astro-ph.HE
High-energy cosmic rays measured with KASCADE-Grande
对几百TeV以上的高能宇宙射线的探测是通过观测广泛的空气簇射实现的。利用KASCADE-Grande的多探测器装置，研究了高能宇宙射线从膝下到2 EeV的能谱、元素组成和各向异性。此外，大的高质量的数据集允许不同的测试强子相互作用模型的有效性，用于解释空气簇射测量。经过16年多的时间，卡斯卡德-格兰德实验于2012年底终止了测量。本文将概述迄今为止所取得的数据分析的主要成果，并将报告KCDC的状况，KCDC是KASCADE宇宙射线数据中心，该中心将通过一个基于网络的界面向感兴趣的公众提供数据。
2013-08-07 astro-ph.HE
KASCADE-Grande measurements of energy spectra for elemental groups of cosmic rays
位于德国KIT-Karlsruhe的KASCADE-Grande实验由一个用于测量带电粒子N_ch的大型闪烁体阵列和一个用于μ子计数N_mu的屏蔽闪烁计数器阵列组成。KASCADE-Grande针对能量范围为10 PeV至1000 PeV的宇宙射线测量进行了优化，从而能够验证预期约为100 PeV的铁谱中的拐点。探索这一能量范围内的成分对于理解从银河系到河外宇宙射线的转变具有根本的重要性。继早期的研究元素光谱重建的膝盖能量范围内，从KASCADE数据，我们现在已经将这些测量扩展到超过100 PeV。通过分析二维簇射尺寸谱N_ch与N_mu的关系，利用展开方法重建了不同质量群的能谱。的程序和它的结果，给铁核的光谱中的膝状结构的证据，将被提出。
2013-08-09 astro-ph.HE
Study of the muon content of very high-energy EAS measured with the KASCADE-Grande observatory
KASCADE-Grande探测器是一个空气簇射阵列，专门用于研究具有非常高能量（E = 10^{16} - 10^{18} eV）的初级宇宙射线。该仪器由不同的粒子探测器系统组成，适用于详细研究大气中宇宙射线产生的广泛空气簇射（EAS）的性质。在用探测器研究的EAS观测量中，发现了带电粒子数、μ子含量（在不同的能量阈值下）和电子数。通过将这些空气簇射参数的测量结果与MC模拟的预期结果进行比较，可以用KASCADE-Grande实验在高能区检验不同的强子相互作用模型。在这项工作中，结果的演变的EAS的μ子内容与天顶角的研究，与KASCADE-格兰德仪器进行，介绍。测量结果进行了比较，从MC模拟的基础上QGSJET II，QGSJET II-04，SIBYLL 2.1和EPOS 1.99强子相互作用模型的预测。观察到实验和模拟之间的不匹配。一个类似的问题，发现在大气中的μ子的横向分布函数的演变。
2013-08-14 astro-ph.HE
Status and Future Prospects of the KASCADE Cosmic-ray Data Centre KCDC
KCDC，即“卡斯卡德宇宙射线数据中心”，是一个基于网络的界面，最初从卡斯卡德-格兰德完成的空气簇射实验中获得的科学数据可供天体粒子界以及感兴趣的公众使用。在过去的7年里，我们不断地通过各种版本扩展数据库，并增加了KASCADE-Grande实验的探测器组件数量以及数据集和相应的模拟。在最新版本中，我们为特定的KASCADE-Grande事件选择添加了一个新的独立数据库，并通过该技术创建了集成其他实验数据库和数据的技术，例如亚美尼亚空气淋浴实验MAKET-ANI的数据。此外，我们还提供了如何使用这些数据的教育示例，来自各种实验的100多个宇宙射线能量谱，最近还连接了一个公共服务器，可以访问Quixyter笔记本电脑。在本文中，我们介绍了KCDC的简史，最近发布的主要功能，以及将讨论未来的发展计划。
2021-08-17 astro-ph.HE
The KASCADE-Grande experiment: measurements of the all-particle energy spectrum of cosmic rays
在QGSJET II/FLUKA强子相互作用模型的框架内给出了由KASCADE-Grande实验测量的E = 10^{16} - 10^{18} eV的全粒子能谱。根据μ子的大小和带电粒子的总数，分别和组合使用了三种不同的方法。从研究中发现，由于特征的存在，频谱不能完全由光滑的幂律描述。
2010-09-23 astro-ph.HE
Kneelike structure in the spectrum of the heavy component of cosmic rays observed with KASCADE-Grande
本文报道了在约$8 \times 10^{16}$ eV处观测到的重初级粒子宇宙线能谱的陡化现象。这种结构也可以在全粒子能谱中看到，但不太重要。虽然在$3-5 \times 10^{15}$ eV处的宇宙射线谱的“膝”被卡斯卡德实验指定为轻的初级质量，但卡斯卡德-格兰德实验发现的新结构是由重的初级质量引起的。这一结果是通过在$10^{16}$至$10^{18}$ eV的初级能量范围内对广泛的空气簇射的次级粒子的带电粒子和μ介子分量进行独立测量而获得的。在单事件的基础上分析数据，同时考虑到两个观测值的相关性。
2011-10-05 astro-ph.HE
The spectrum of high-energy cosmic rays measured with KASCADE-Grande
本文描述了由KASCADE-Grande实验测量的大范围空气簇射的簇射尺寸（带电粒子总数）和μ介子总数导出的10**16 eV ~ 10**18 eV的宇宙射线能谱。由此产生的所有粒子的能谱表现出强烈的暗示硬化的光谱在约2x 10 **16 eV和一个显着的陡峭在c。8x10**16 eV。这些观察结果挑战了膝盖和脚踝之间的频谱是单一幂律的观点。可能的情况下产生这样的功能进行了讨论的天体物理过程，可以解释从银河系到河外起源的宇宙射线的过渡区。
2012-06-18 astro-ph.HE
Sensitivity of KASCADE-Grande data to hadronic interaction models
KASCADE-Grande是一个大型探测器阵列，专门用于研究初级能量范围从100 TeV到1 EeV的高能宇宙射线。实验装置的多探测器概念提供了同时测量与电磁，μ子和强子空气簇射组件相关的各种可观测量的可能性。实验数据进行比较，预测CORSIKA模拟使用高能强子相互作用模型（如QGSJET或EPOS），以及低能量的相互作用模型（如FLUKA或GHEISHA）。本文将总结这些调查的结果。特别是，新的EPOS版本1.99的EAS与能量约100 PeV的有效性将进行讨论。
2010-09-24 astro-ph.HE
Large- and Medium-Scale Anisotropies in the Arrival Directions of Cosmic Rays observed with KASCADE-Grande
本文研究了由KASCADE-Grande空气簇射实验观测到的宇宙射线到达方向的各向异性。该分析基于约2370万个事件的公共数据，重建的初级能量超过1 PeV。我们采用了一种新的最大似然重建方法的宇宙射线各向异性，弥补虚假的各向异性引起的本地检测器的影响。我们没有发现大规模的偶极子各向异性的数据，与官方的结果一致的基础上，传统的东西导数方法的证据。另一方面，一个中位能量为33 PeV的宇宙射线子集显示了一个角直径为40度的中等尺度特征的强有力证据。在考虑到别处效应后，该中等尺度特征的试验后显著性为4 $σ$水平。
2019-11-29 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Energy spectra of KASCADE-Grande based on shower size measurements and different hadronic interaction models
KASCADE-Grande致力于研究初级能量范围从10 PeV到1 EeV的宇宙射线空气簇射。多探测器系统使我们能够重建带电粒子，电子和μ子的个别空气簇射数与高精度。基于带电粒子簇射尺寸（$N_{ch}$）谱，重建了宇宙射线的全粒子能谱，并应用常强度截断法校正了大气中的衰减效应。能量校准是通过使用CORSIKA模拟与高能相互作用模型QGSJET-II-2，QGSJET-II-4，EPOS 1.99和SIBYLL 2.1，其中FLUKA已被用作所有情况下的低能相互作用模型。在不同的强子模型中，预测了不同的簇射粒子丰度。这种模式的差异，在观测值将进行比较和讨论，这方面的贡献。此外，通过使用具有增加统计量的数据，将呈现通过不同的相互作用模型的更新的能谱。
2013-09-17 astro-ph.HE
The <lnA> study in the primary energy range 10^{16} - 10^{17} eV with the Muon Tracking Detector in the KASCADE-Grande experiment
KASCADE-Grande μ子跟踪探测器能够高精度地测量能量超过0.8 GeV的EAS μ子的方向，距离簇射中心高达700米。重建的μ子径迹被用来研究μ子赝快度（eta）分布。这些分布与强子相互作用中产生的母体介子的赝快度分布几乎相同。通过比较测量和模拟的粒子簇射的eta分布，可以检验高能强子相互作用模型的质量。在这种情况下，将显示QGSJet-II-2和QGSJet-II-4模型的比较。赝快度分布反映了EAS的纵向发展，因此，对宇宙射线初级粒子的质量很敏感。使用从MTD数据获得的eta分布的各种参数，可以计算CR的平均对数质量。将给出在10 ^{16} eV-10 ^{17} eV初级能量范围内的分析结果，其中eta分布为第一四分位数（Q1）。<lnA>
2013-08-09 astro-ph.HE
Longitudinal EAS-Development Studies in the Air-Shower Experiment KASCADE-Grande
位于KASCADE实验中的一个大面积（128 m^2）μ子跟踪探测器（MTD）已经建成，其目的是在大于18 r.l.的条件下通过径迹测量来识别大范围空气簇射中的μ子（E_mu > 0.8 GeV）及其方向。屏蔽μ子轨道相对于簇射轴的取向用径向角和切向角表示。用三角测量法确定了μ子产生高度H_μ。利用H_mu观测到宇宙线初级粒子从轻到重的跃迁，簇射能量Eo从1-10 PeV逐渐增加。研究了15 km以上第一相互作用的μ子赝快度分布，并与蒙特卡罗模拟进行了比较。
2010-10-13 astro-ph.HE
Probing the evolution of the EAS muon content in the atmosphere with KASCADE-Grande
利用KASCADE-Grande天文台的观测资料，研究了大气中甚高能空气簇射（EAS）的μ子含量的演化。为此，本文根据$10^{16.3}$和$10^{17.0} \, \mbox{eV}$簇射能的实验数据，得到μ子在大气中的衰减长度为$Λ_μ= 1256 \, \pm 85 \, ^{+229}_{-232}(\mbox{syst})\, \mbox{g/cm}^2$。与高能强子相互作用模型QGSJET-II-02、SIBYLL 2.1、QGSJET-II-04和EPOS-LHC的预测值比较，发现大气中EAS μ子含量的衰减比预测值低。然而，与后LHC模型的偏差不太显著。这种偏差的存在似乎与EAS的横向μ子密度分布的模拟和测量的天顶角演化之间的差异有关，这也导致了在距离EAS核心很大的距离处，簇射μ子密度的测量吸收长度与预测值之间的差异。研究的不足表明，所有考虑的强子相互作用模型都未能一致地描述在上述能量制度的EAS的μ子含量的天顶角演化。
2018-01-17 astro-ph.HE
Ankle-like Feature in the Energy Spectrum of Light Elements of Cosmic Rays Observed with KASCADE-Grande
卡斯卡德-格兰德实验的最新结果为$E = 10^{16.92 \pm 0.10} \, \mathrm{eV}$的宇宙射线全粒子谱中的一种温和的膝状结构提供了证据，发现这是由于重初级粒子通量的陡化造成的。光和中间质量的组合成分的光谱被发现是兼容的一个单一的幂律的能量范围从$10^{16.3} \, \mathrm{eV}$到$10^{18} \, \mathrm{eV}$。在本文中，我们通过使用统计数据增加的数据来更新该分析，这些数据来自包括最近测量结果的更大数据集，并使用更大的基准区域。此外，应用了用于增强光原色的优化选择标准。我们发现了轻元素的光谱特征，即随着幂律指数从$-3.25 \pm 0.05$到$-2.79 \pm 0.08$的变化，在$E = 10^{17.08 \pm 0.08} \, \mathrm{eV}$处硬化。
2013-04-26 astro-ph.HE
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
A comparison of the cosmic-ray energy scales of Tunka-133 and KASCADE-Grande via their radio extensions Tunka-Rex and LOPES
无线电技术是一种很有前途的方法，用于探测能量在$100\,$ PeV附近或更高的宇宙线空气簇射。由于无线电信号的幅度可以绝对测量，并且随着簇射能量的增加而增加，因此无线电测量可以用于确定绝对尺度上的空气簇射能量。我们表明，校准测量的无线电探测器操作的主机实验测量空气淋浴的基础上，其他技术的一致性，可用于比较这些主机实验的能量尺度。使用两种方法，首先通过直接的振幅测量，第二，通过比较测量与空气淋浴模拟，我们比较的能量尺度的空气淋浴实验通卡-133和KASCADE-格兰德，使用他们的无线电扩展，通卡-雷克斯和LOPES，分别。由于Tunka-Rex和LOPES使用相同的参考源实现了一致的幅度校准，这种比较达到了大约$10\,\%$的精度-受到LOPES的一些缺点的限制，LOPES是用于空气簇射的数字无线电技术的原型实验。特别是，我们表明，独立校准的实验KASCADE-Grande和Tunka-133的宇宙射线测量的能量尺度是一致的，彼此在这个水平上。
2016-10-27 astro-ph.HE astro-ph.IM
Cosmic rays: the spectrum and chemical composition from $10^{10}$ to $10^{20}$ eV
宇宙中高能粒子的产生仍然是现代科学的重大谜团之一。天体物理源的加速机制以及通过银河系和河外介质传播的细节仍有待确定。近年来，通过使用不同技术的几次实验，在\energy{10}至\energyEV{20.5}的能量范围内高精度地测量了宇宙线通量。在某些能量范围内，可以确定单个元素的通量（氢到铁核）。本文探讨了一个天体物理的情况下，只有我们的银河系和无线电星系岑A产生的所有粒子在地球上测量的能量范围从\energy{10}到\energyEV{20.5}。考虑了AMS-02、CREAM、KASCADE、KASCADE-Grande和Pierre Auger天文台的数据。这里开发的模型是能够描述的总的和单个粒子通量的所有实验考虑。结果表明，这里所使用的理论是能够描述从空间为基础的地面测量的平滑过渡。在该模型框架内还探讨了由KASCADE和KASCADE-Grande测定的各元素的通量以及由\energyEV{18}上方的Pierre Auger天文台测定的质量灵敏度参数\xmax。仔细分析了从\energy{16}到\energyEV{18}的转换。它表明，在这个能量范围内测量的数据表明，存在一个额外的宇宙射线尚未了解的组成部分。
2015-02-01 astro-ph.HE
Energy spectra of elemental groups of cosmic rays with the KASCADE experiment data and machine learning
基于 KASCADE 实验档案数据与新型机器学习技术，重建了 1.4-100 PeV 宇宙线各元素群能谱，发现质子与氦能谱的膝行为及铁组分硬化迹象，其系统不确定性低于以往实验。
2024-05-02 astro-ph.HE
The KASCADE Cosmic-ray Data Centre KCDC: Granting Open Access to Astroparticle Physics Research Data
“卡斯卡德宇宙射线数据中心”是一个门户网站（\url{https://kcdc.ikp.kit.edu}），向感兴趣的公众提供卡斯卡德-格兰德天体粒子物理实验的数据。KASCADE实验是一个大面积探测器，通过探测大面积的空气簇射来测量高能宇宙射线。多探测器装置KASCADE及其扩展KASCADE-Grande在2013年停止了其所有组件的主动数据采集，经过20多年的数据采集，2012年底。自2013年与KCDC首次发布以来，我们进行了多次更新，为公众提供了超过4.33亿个空气淋浴的测量和重建参数。此外，KCDC还提供Meta数据信息和文档，使专家社区以外的用户能够执行自己的数据分析。从三个不同的高能量相互作用模型的模拟数据已被提供，以及从各种实验的测量和公布的光谱汇编。此外，详细的教育实例应鼓励高中生和早期研究人员了解天体粒子物理学、宇宙辐射以及大数据的处理和科学数据的可持续和公共提供。
2018-06-14 astro-ph.HE astro-ph.IM
Sources of primary cosmic rays
本文通过对比KASCADE-Grande宇宙线数据与变星星表，提出高能初级宇宙线加速不仅来自超新星激波，也来自巨星和超巨星爆发，并用不同变星类型贡献的变化解释PCR能谱中的膝区和凸起结构。
2023-05-30 astro-ph.HE
Explaining the Spectra of Cosmic Ray Groups above the Knee by Escape from the Galaxy
我们调查的可能性，宇宙线（CR）膝关节是完全由银河系的能量依赖的CR泄漏解释。我们测试这一假设计算的轨迹与$E/Z=10^{14}$电子伏特和$10^{17}$电子伏特之间的能量传播他们在定期和动荡的银河系磁场。我们发现一个膝状结构的CR逃逸时间$τ_{\rm esc}(E)$约$E/Z={\rm few}\times 10^{15}$ eV的相干长度$l_{\rm c} \simeq 2$ pc的湍流场，而$τ_{\rm esc}(E)$的减少放缓约$E/Z\simeq 10^{16}$ eV的模型与弱湍流磁场。假设CR核的注入能谱服从幂律，则在这种湍流中得到的CR强度与KASCADE和KASCADE-Grande所确定的CR核能谱是一致的。我们计算由此产生的CR偶极子各向异性以及在这个模型中的源率。
2014-08-05 astro-ph.HE
Centaurus A: the one extragalactic source of cosmic rays with energies above the knee
所有能量的宇宙射线的起源仍然不确定。在本文中，我们提出并探讨了一个天体物理方案，以产生宇宙射线的能量范围从低于$10^{15}$ $3 \times 10^{20}$ eV。我们在这里表明，只有我们的银河系和射电星系Cen A，每个都有自己的银河系宇宙射线粒子，但那些来自射电星系的能量被活跃的黑洞发出的喷流中的相对论激波推高，足以描述能量范围PeV到接近ZeV的最新数据。在这整个能量范围内的数据可从实验卡斯卡德，卡斯卡德-格兰德和皮埃尔俄歇天文台。这里计算出的能谱正确地再现了膝盖以外的测量光谱，与广泛持有的预期相反，不需要其他河外源人口来解释数据，即使在能量远低于一般截止预期在$6 \times 10^{19}$ eV，格赖森-扎采平-Kuzmin关闭由于与宇宙学微波背景的相互作用。我们提出了几个预测的源人口，宇宙射线的组成和传播到地球，可以在不久的将来进行测试。
2012-01-30 astro-ph.HE
The energy-spectrum of light primaries in the range from 10^{16.6} to 10^{18.2} eV
KASCADE实验的Grande扩展数据使我们能够研究能量超过10^{16} eV的初级宇宙射线引起的大范围空气簇射。事件的能量是根据在110 m a.s.l.高度测量的带电粒子数（Nch）和μ子数（Nμ）来估计的。虽然这两个数字的组合用于能量，但比率定义了主质量（组）。最近用KASCADE-Grande测量的组合轻和中等质量分量的光谱被发现在10^{16.3}和10^{18} eV之间的能量范围内符合单一幂律和破幂律。在这方面的贡献，我们将提出调查的可能结构的光谱中的光原色增加统计数据，从一个更大的数据集，包括最近的测量，并通过使用一个更大的基准面积比以前的研究。利用更好的统计精度和优化的增强光原色的选择标准，我们发现了能量为10^{17.08+-0.08} eV的光分量的光谱硬化（踝）的证据。
2013-08-08 astro-ph.HE
Escape model for Galactic cosmic rays and an early extragalactic transition
我们表明，宇宙射线（CR）膝盖可以完全解释能量依赖的CR泄漏从银河系，与所有现有的数据非常适合。我们测试这一假设计算在银河系磁场的个人CR的轨迹。我们发现，CR逃逸时间$τ_{\rm esc}(E)$表现出膝状结构周围$E/Z={\rm few}\times 10^{15}$ eV的小相干长度和强度的湍流磁场。所得的强度为不同组的核是一致的KASCADE和KASCADE-Grande确定的，使用简单的幂律注入光谱。从银河系到河外CR的过渡在$\approx 2\times 10^{18}$ eV处终止，而河外CR对$\gtrsim 2\times 10^{16}$ eV处的次优势质子通量有相当大的贡献。在这个模型中，在中能区到脚踝的河外CR的自然来源是正常星系和星暴星系。逃逸模型提供了一个很好的$\ln(A)$数据拟合，它预测的CR偶极子的相位变化强烈的能量范围之间的$1\times 10^{17}$和$3\times 10^{18}$ eV，而我们的估计的偶极子幅度是一致的观察。
2015-05-06 astro-ph.HE
Cosmic Rays from the Knee to the Ankle
在PeV到EeV能量范围内的宇宙射线的能谱和质量组成的研究对于理解银河系和河外宇宙射线的起源都是重要的。最近，三个现代实验装置（KASCADE-Grande，IceTop，Tunka-133），致力于研究这一初级能量范围，发表了关于全粒子能谱的新结果。在这篇简短的评论中，我们介绍了这些结果，并讨论了它们的异同。此外，使用不同的强子相互作用模型解释测量的空气簇射数据的影响将被检查。最后，本文还简要地讨论了目前的结果与宇宙射线从银河系到河外起源的天体物理模型是否一致的问题。
2015-04-08 astro-ph.HE
Galactic Neutrinos in the TeV to PeV Range
我们研究了银河系源对冰立方合作组织最近观测到的天体物理中微子通量的贡献。我们表明，在银河系中的均匀和各向同性的宇宙射线扩散的最简单的模型中，银河系的扩散中微子发射与$γ$射线（费米-LAT）和宇宙射线数据（KASCADE，KASCADE-Grande和CREAM）相一致，预计将仅占$4\%-8\%$的冰立方流量超过60 TeV。从源中的宇宙射线-气体（$pp$）相互作用中直接发射中微子需要一个异常大的平均不透明度大于0.01。另一方面，我们发现冰立方事件已经通过事件到达方向的分布来探测银河系中微子场景。基于后者，我们表明，大多数银河系的情况下，只能有一个有限的贡献的天体物理信号：银河系的扩散发射（$\lesssim50\%$），中微子源的准扩散发射（$\lesssim65\%$），从费米泡的扩展扩散发射（$\lesssim25\%$）或身份不明的TeV $γ$射线源（$\lesssim25\%$）。这里讨论的论点，目前，暗物质衰变不受约束。
2016-02-04 astro-ph.HE hep-ph
Probing the Extragalactic Cosmic Rays origin with gamma-ray and neutrino backgrounds
GeV-TeV的γ射线和PeV-EeV的中微子背景提供了一个独特的窗口的超高能宇宙射线（UHECR）的性质。我们讨论了最近的费米-LAT数据的河外伽玛射线背景（EGB）和相关的估计点源的贡献，以及冰立方中微子数据的起源的UHECR的影响。我们计算宇宙成因的$γ$ -射线和中微子在UHECR传播过程中产生的扩散通量，并推导出UHECR源的可能的宇宙学演化的约束。特别是，我们表明，混合成分的情况下，这是在协议（一）俄歇测量的能谱和成分的最高能量和（ii）脚踝状的功能，在光分量中检测到的KASCADE-格兰德，是兼容的费米-LAT测量和与当前的IceCube限制。
2017-07-04 astro-ph.HE
Probing the Extragalactic Cosmic Rays origin with gamma-ray and neutrino backgrounds
GeV-TeV的γ射线和PeV-EeV的中微子背景提供了一个独特的窗口的超高能宇宙射线（UHECR）的性质。我们讨论了最近的费米-LAT数据的河外伽玛射线背景（EGB）和相关的估计点源的贡献，以及冰立方中微子数据的起源的UHECR的影响。我们计算宇宙成因的$γ$ -射线和中微子产生的UHECR的扩散通量，并推导出可能的宇宙学演化的UHECR源的约束。特别是，我们表明，在\citet{Globus2015b}中考虑的混合组合物的情况下，这是在协议（i）俄歇测量的能谱和组成的最高能量和（ii）脚踝状的功能，在光组件中检测到的卡斯卡德-格兰德，是兼容的费米-LAT测量和与当前的IceCube限制。我们还讨论了未来实验的可能性，以检测相关的宇宙成因中微子和进一步限制的UHECR模型，包括可能的次主导UHECR质子源。
2017-04-03 astro-ph.HE
Cosmic Ray Origin: Lessons from Ultra-High-Energy Cosmic Rays and the Galactic/Extragalactic Transition
我们研究银河宇宙射线（GCR）的起源问题，根据光谱最高能量端的数据。我们认为，皮埃尔俄歇天文台和卡斯卡德-格兰德实验的数据表明，银河系和河外成分之间的过渡发生在脚踝的能量在全粒子宇宙射线谱，并在能量的顺序为$10^{17}$ eV的质子。银河系质子如此高的能量似乎很难与一般的观点相一致，即GCR是由单个超新星遗迹（SNRs）的前向激波的标准扩散激波加速过程加速的。我们还审查了各种困难的标准SNR-GCR连接，有关轻元素丰度的演变和显着的同位素异常。我们指出，银河系中超新星注入的大部分能量实际上是在超级气泡中释放的，因此这可能在宇宙射线的起源中发挥重要作用，并且可以以一种相当自然的方式解决标准SNR-GCR场景中的一些持续问题。
2014-10-09 astro-ph.HE
On the cosmic ray spectrum from type II Supernovae
对于被广泛接受的银河系CR在SNR冲击中被加速的想法来说，最重要的挑战之一是粒子可以被加速的最大能量。共振流的不稳定性，长期调用的磁场放大在冲击，不能提供足够高的字段和足够有效的散射，以确保粒子加速到膝盖。在这里，我们讨论这种不稳定性的非共振版本，其更快的增长和放大场的更大值，增加了可实现的最大能量。由于其较高的爆炸速率，我们专注于II型SNe在其红超巨星风膨胀，我们发现，Ejecta支配（ED）和Sedov-Taylor（ST）阶段之间的过渡发生在非常早期的时间。在这种环境中，加速粒子谱没有高能量指数截止，但在最大能量（EM）处出现谱突变。此外，质子的最大能量可以很容易地达到PeV能量。利用这个模型，我们试图拟合KASCADE Grande和ARGO-YBJ数据，但未能找到一个参数组合，可以解释这两个数据集。我们讨论了这两个数据集所隐含的不同情况。
2015-07-22 astro-ph.HE
Cosmic Ray Anisotropy as Signature for the Transition from Galactic to Extragalactic Cosmic Rays
通过计算银河系源发射的宇宙射线在地球上的各向异性，我们限制了从银河系到河外宇宙射线跃迁的能量。由于扩散近似在E/Z >~ 10^（16-17）eV时开始失效，我们使用银河系磁场模型并考虑其规则和湍流分量来传播单个宇宙射线（CR）。湍流场是在嵌套网格上生成的，该网格允许空间分辨率下降到秒差距的几分之一。假设银河系的CR源足够频繁，那么对于大部分较轻或中等的主要成分计算出的偶极子振幅超过了俄歇合作组在E ~ 10^18 eV附近测量到的偶极子边界。因此，在踝关节或以上的过渡将需要一个沉重的成分或一个相当极端的银河磁场强度>~ 10 μ G。此外，KASCADE-Grande的数据表明，在10^17 eV和10^18 eV之间的快速上升的质子贡献应该是河外起源的。如果重核在E >~ 10^18 eV处占主导地位，那么跃迁能量可以接近脚踝，如果银河系CR是由足够频繁的瞬变产生的，例如磁星。
2012-07-16 astro-ph.HE
Nearby sources in the transition region between Galactic and Extragalactic cosmic rays
在这篇论文中，我们提出了一种可能的解释，即在膝盖和脚踝之间的所有粒子谱中存在一个显著的精细结构，以及最近在通卡133和卡斯卡德格兰德实验中测量到的10^17 eV附近的高含量重核。在这个模型中，Ia型超新星的宇宙射线的产生提供了在膝盖周围观测到的宇宙射线（CR）通量。从所有粒子谱中减去这些源的贡献，我们得到了银河系和河外CR之间过渡区的CR剩余通量，范围为10^17-5 10^18 eV。得到的光谱在能量（2-3）10^17 eV处也有一个明显的拐点，斜率g1 ~ 1.8+-0.3和g2 ~3.4。我们分析了已知的银河系源的可能贡献，发现在形式上对过渡区有显著贡献的最佳候选者是Cas A。该源具有许多不寻常的特性，被认为是IIb型SNR。然而，我们发现，从10^17 eV开始的CR河外起源的假设似乎更现实。
2013-03-15 astro-ph.HE
A new basic air shower observable sensitive to the cosmic-ray elemental mass
提出由两个径向距离处电子密度定义的新型EAS观测量$η_ρ$，可用于估计侧向簇射年龄和原初宇宙线平均原子质量，且年龄估计几乎与高能相互作用模型无关。
2024-12-07 astro-ph.HE
Ultra high energy cosmic rays: implications of Auger data for source spectra and chemical composition
我们使用动力学方程的方法来描述超高能宇宙线质子和原子核的传播，并计算预期的光谱和质量组成在地球上的源注入光谱和化学丰度的不同假设。当与皮埃尔俄歇天文台观测到的谱、伸长率$X_{max}(E)$和色散$σ(X_{max})$相比较时，可以得出几个重要的结论：a）原子核的注入谱必须非常硬，$\sim E^{-γ}$与$γ\sim 1-1.6$ ; b）源中电荷$Z$的原子核的最大能量必须是$\sim 5Z\times 10^{18}$ eV，因此不需要加速到极高的能量; c）只有在加入一个具有陡峭注入谱的{ \it ad hoc}轻河外组分（$\sim E^{-2.7}$）的代价下，才能得到与俄歇谱的拟合。从这个意义上说，在踝关节（$E_{A}\approx 5\times 10^{18}$ eV），所有的成分都来自河外，因此表明从银河到河外的宇宙射线的跃迁发生在踝关节以下。有趣的是，在光谱和标准化方面，上面假设的额外的河外光分量与最近由卡斯卡德-格兰德测量的分量相比很好。
2014-09-17 astro-ph.HE
Tunka-Rex: Status, Plans, and Recent Results (ARENA 2016)
Tunka-Rex是西伯利亚TAIGA设施（Tunka宇宙射线物理学和伽马天文学先进仪器）的Tunka射电扩展，最近已扩展到总数为63个SALLA天线，其中大多数分布在一平方公里的面积上。在运作的最初几年，通卡-雷克斯完全由位于同一地点的通卡-133空中切伦科夫阵列触发。两个探测器测量结果的相关性提供了直接的实验证据，表明无线电阵列可以测量簇射最大值的位置。到目前为止达到的精度为40 g/cm ^2，并且正在研究几种方法上的改进。此外，Tunka-Rex和Tunka-133的交叉比较表明，Tunka-Rex的能量重建精度为15%，包括绝对能量标度在内的总精度为20%。通过对Tunka-Rex和LOPES使用完全相同的校准源，可以更准确地比较其宿主实验Tunka-133和KASCADE-Grande的能量尺度，剩余的不确定度约为10%。通卡-雷克斯今后几年的主要目标是研究能量范围在100 PeV以上的宇宙射线质量组成：为此目的，通卡-雷克斯现在也在白天由通卡-格兰德粒子探测器阵列触发，该阵列具有用于电子和μ子探测的地面和地下发射器。
2017-01-31 astro-ph.HE astro-ph.IM
Cosmic ray composition measurements and cosmic ray background free gamma-ray observations with Cherenkov telescopes
宇宙线粒子引发的广延空气簇射（EAS）中的μ子分量携带着关于初级粒子身份的信息。我们表明，EAS的μ子含量可以测量在一个广泛的能量范围从10 - 100 TeV的超高能宇宙射线范围内使用宽视场成像大气切伦科夫望远镜观察强烈倾斜或接近水平的EAS从地面或从高空。在这种EAS中，来自μ子的切伦科夫发射形成了望远镜相机中EAS图像的独特分量（晕或尾）。我们表明，μ介子信号的检测可以用来测量组成的宇宙射线光谱的能量范围内的膝盖，脚踝和银河系到河外过渡。它也可以用来否决伽马射线观测中的宇宙射线背景。与KASCADE-Grande相比，该技术提供了在10 PeV以上的能带中对伽马射线通量的灵敏度提高两个数量级的可能性，并且与Pierre Auger天文台相比，在多EeV能带中的灵敏度提高了一个数量级。
2017-01-04 astro-ph.HE astro-ph.IM
Interferometric Radio Measurements of Air Showers with LOPES: Final Results (ICRC 2017)
LOPES是KASCADE-Grande粒子探测器阵列的无线电扩展，由多达30个天线组成，测量40至80 MHz之间的宇宙射线空气簇射的无线电发射，能量阈值约为100 PeV。即使有粒子探测器的外部触发，在卡尔斯鲁厄理工学院的嘈杂环境中，也很难将空气簇射信号与无线电背景分离。对于典型的事件，这是唯一可能的，因为数字，干涉波束形成技术率先由LOPES宇宙射线探测。利用这种技术，LOPES在空气簇射的无线电发射及其与簇射性质的关系方面取得了重要发现，例如其能量和纵向发展。到目前为止，几乎所有的结果都已被随后的天线阵列所证实，但对于数字干涉测量，LOPES的结果仍然是唯一的。最近，我们完成了无线电发射的CoREAS模拟的端到端管道，包括测量的背景和所有已知的探测器响应以及干涉分析技术。因此，我们提出了一个更新的重建最重要的淋浴参数：到达方向，能量，和$X_\mathrm{max}$。
2017-08-02 astro-ph.HE astro-ph.IM
High energy cosmic-ray interactions with particles from the Sun
能量高于$10^{16}$ eV的宇宙射线质子在太阳附近经过时，可能会与太阳发射的光子相互作用，并被激发产生$Δ^+$共振。当$Δ^+$衰变时，它产生π介子，π介子进一步衰变为μ介子和光子，可以用地面探测器探测到。来自太阳附近的μ子、光子对（来自$π^0$衰变）或单个高能光子的通量将是一个相当引人注目的特征，这些粒子的通量是对宇宙射线核子通量的一个相当直接的测量，与宇宙射线的组成无关。在围绕太阳的$15^\circ$内的立体角中，光子对的通量约为$\SI{1.3e-3}{}$粒子/（km $^2\cdot$ yr），而μ子的通量约为$\SI{0.33e-3}{}$粒子/（km $^2\cdot$ yr）。这超出了目前的探测器，如望远镜阵列，俄歇，卡斯卡德-格兰德或冰立方。然而，μ子通量可能被下一代空气簇射阵列或中微子探测器（如ARIANNA或ARA）探测到。我们讨论了一些详细的实验前景。其他发生在太阳附近的宇宙射线相互作用也进行了简要的讨论。
2011-03-25 astro-ph.HE hep-ph nucl-th
On the cosmic ray spectrum from type II Supernovae expanding in their red giant presupernova wind
虽然从能量的角度来看，SNR是银河CR的可行来源，但它们是否能将质子加速到PeV的问题仍然没有解决。在这里，我们讨论粒子加速在前向冲击SN和讨论的可能性，逃逸粒子电流可能会激发非共振不稳定性，从而导致形成共振模式限制粒子接近冲击和增加的最大能量。这一机制贯穿于超新星爆发的整个扩展过程，从喷出物主导阶段（ED）到Sedov-Taylor阶段（ST）。由于它们更高的爆炸速率，我们专注于在缓慢，密集的红超巨星风中膨胀的II型超新星。当爆炸发生在这样的风中时，ED和ST阶段之间的转变可能会在几十年内发生。结果，加速粒子的光谱显示在ST阶段开始时达到的最大能量（Em）处斜率的中断。在这个能量之上，频谱变得更陡，但仍然是幂律，而不是指数截止。我们发现，对于II型SNae典型参数，质子EM可以很容易地达到PeV的能量，确认II型SNR是CR在膝关节的最佳候选来源。我们试图用我们的模型拟合KASCADE-Grande、ARGO-YBJ和YAC 1-Tibet阵列数据，但我们找不到任何可以解释所有数据集的参数组合。事实上，最近用ARGO-YBJ和YAC 1-Tibet阵列对膝区质子和氦谱的测量使情况非常混乱。这些测量结果表明，在轻组件的膝盖是在650 TeV，明显低于整体频谱膝盖。这一发现将解决在SNae中达到非常高的能量的问题，但另一方面，它将在银河系和河外CR之间的过渡区打开一个关键问题。
2015-03-10 astro-ph.HE
First Experimental Characterization of Microwave Emission from Cosmic Ray Air Showers
我们报告的第一次直接测量的整体特征的微波无线电发射广泛的空气淋浴。利用KASCADE-Grande空气簇射阵列提供的触发器，读出了CROME（通过微波发射观测宇宙线）实验的微波天线信号，并在GHz频率范围内寻找高能空气簇射的无线电发射特征。已经探测到了30多个能量超过3*10^16 eV的簇射的微波信号。这封信中提出的观测结果与GHz频率范围内主要向前定向和极化的发射过程一致。测量结果表明，微波辐射提供了一种研究能量高于10^17 eV的空气簇射的新方法。
2014-10-30 astro-ph.HE astro-ph.IM
Observation of Polarised Microwave Emission from Cosmic Ray Air Showers
我们报告了对广泛空气簇射微波无线电发射基本特征的首次直接测量。利用KASCADE-Grande空气簇射阵列提供的触发器，读出了CROME（通过微波发射进行宇宙线观测）实验的微波天线信号，并搜索了高能空气簇射的无线电发射特征。已经探测到30多个能量超过$3\times10^{16}$ \，eV的簇射的微波信号。这封信中提出的观测结果与GHz频率范围内的主要前向波束、相干和极化发射过程一致。各向同性，非偏振辐射是不利的占主导地位的发射模型。测量结果表明，微波辐射提供了一种新的手段，研究在非常高的能量的空气簇射。
2013-06-28 astro-ph.HE astro-ph.IM
Reconstructing energy and Xmax of cosmic ray air showers using the radio lateral distribution measured with LOPES
位于卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的数字射电干涉仪LOPES实验在探测MHz频率的大范围空气簇射的射电辐射方面取得了显著成果。本文利用LOPES观测的射电横向分布函数（LDF）的特征，对两个基本的空气簇射参数：初级能量和簇射Xmax进行了精确的重建。这里提出的方法已经开发（REAS 3-）模拟，并适用于LOPES测量。尽管在LOPES站点存在很高的人为噪声，但可以重建单个事件的能量和Xmax。一方面，能量分辨率是有希望的，可以与位于同一地点的KASCADE-Grande实验的能量分辨率相媲美。另一方面，用分辨率为90 g/cm 2的LOPES测量重建Xmax值。预测在具有较低人为噪声水平的区域中，Xmax的精度优于30 g/cm 2。
2013-07-31 astro-ph.HE astro-ph.IM
Reconstruction of the energy and depth of maximum of cosmic-ray air-showers from LOPES radio measurements
LOPES是位于德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的数字无线电干涉仪，它测量与KASCADE-Grande一致的MHz频率的广泛空气簇射的无线电发射。在这篇文章中，我们探讨了一种方法（斜率法），利用测量的无线电横向分布的斜率重建的主要属性的宇宙射线。首先，我们在纯模拟的基础上对该方法进行了研究。其次，我们直接将斜率法应用于LOPES测量。应用斜率法进行模拟，我们得到重建的能量和簇射最大深度Xmax的不确定性分别为13%和50 g/cm ^2。将其应用于LOPES测量，我们能够重建单个事件的能量和Xmax，其精度上限为初级能量的20-25%和Xmax的95 g/cm ^2，尽管在LOPES站点存在强烈的人为噪声。
2014-08-11 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ex
Cosmic Ray Measurements with LOPES: Status and Recent Results (ARENA 2012)
LOPES是德国卡尔斯鲁厄理工学院的一个数字天线阵列，用于宇宙射线气簇测量。LOPES由位于同一地点的KASCADE-Grande空气簇射阵列触发，通过数字无线电干涉测量法检测空气簇射的无线电发射。我们总结了LOPES的现状和最近的结果。特别是，我们提出了一个更新的重建的基础上的近500个事件以上100 PeV的初级粒子的属性。使用LOPES，可以以至少0.65°的精度重建到达方向，并且以至少20%的精度重建能量，然而，这不包括绝对能量尺度上的系统不确定性。对于许多粒子和天体物理学问题来说，重建簇射最大值的大气深度Xmax是很重要的，因为它可以提供关于初级粒子类型及其与大气相互作用的信息。最近，我们发现的实验证据表明，无线电横向分布的斜率确实是敏感的纵向发展的空气淋浴，但不幸的是，Xmax精度在LOPES是有限的高水平的人为无线电背景。尽管如此，开发的方法可以转移到下一代实验具有较低的背景，这应该提供一个Xmax精度竞争其他检测技术。
2013-01-11 astro-ph.HE astro-ph.IM
