Radio detection of air showers with LOFAR and AERA
高能宇宙射线撞击到地球大气层上会引发大范围的空气簇射。利用LOFAR射电望远镜和Pierre Auger天文台的Auger工程射电阵列（AERA），可以探测到来自空气簇射的射电辐射。最近的结果，从这两个实验。描述了无线电发射的测量特性。这些测量被用来推导高能宇宙射线的性质：它们的到达方向、能量和粒子类型（质量）。
2015-09-16 astro-ph.HE astro-ph.IM
Detecting Radio Emission from Air Showers with LOFAR
LOFAR（低频阵列）是世界上最大的射电望远镜，用于观测10至240 MHz的低频无线电发射。LOFAR除了用作干涉仪阵列外，现在还经常用于通过无线电发射探测宇宙射线引起的空气簇射。位于荷兰的LOFAR核心的天线密度高于任何专门的宇宙射线无线电实验。在$12 \mathrm{km}^2$的一个区域内安装了2300多个天线。它们以前所未有的精度测量空气簇射的无线电发射，因此，为解开导致空气簇射中无线电发射的物理过程提供了绝佳的机会。在进行天文观测的同时，LOFAR由一组粒子探测器触发，记录包含宇宙射线脉冲的时间序列。自2011年6月以来，LOFAR一直在测量宇宙射线。我们提供了第一年数据的结果。
2013-04-03 astro-ph.HE astro-ph.IM
Air Shower Measurements with LOFAR
来自宇宙射线的空气簇射发射出短而强的无线电脉冲。LOFAR是一种新的射电望远镜，正在荷兰和欧洲建造。LOFAR主要设计为无线电干涉仪，其核心将拥有高密度的无线电天线，这些天线将得到非常好的校准。这使得LOFAR成为研究单个空气簇射的无线电特性的独特工具。触发来自空气簇射的无线电发射意味着检测短无线电脉冲并将真实事件与无线电干扰区分开来。在LOFAR，我们计划在数字数据流中搜索脉冲--无论是来自单个天线还是来自已经波束形成的数据--并计算表征脉冲形状的几个参数，以在第二阶段中挑选出真实的事件。此外，我们将有一个小型闪烁体阵列来测试和确认无线电触发器的性能。
2009-03-13 astro-ph.HE astro-ph.IM
Improved absolute calibration of LOPES measurements and its impact on the comparison with REAS 3.11 and CoREAS simulations
LOPES是一个数字天线阵列，用于探测宇宙射线空气簇射的无线电发射。使用外部商业参考源完成测量的绝对幅度标度的校准，该参考源发射具有定义幅度的频率梳。最近，我们得到了改进的参考值的参考源，这显着改变了绝对校准的LOPES的制造商。我们重新分析了以前发表的LOPES测量，研究了改变校准的影响。主要影响是LOPES振幅标度整体降低了$2.6 \pm 0.2$，影响了所有先前公布的电场强度测量值。这导致发表在Astroparticle Physics 50-52（2013）76-91的论文“Comparing LOPES measurements of air-shower radio emission with REAS 3.11 and CoREAS simulations”的结论发生重大变化：经过修订的校准，LOPES测量现在与CoREAS模拟兼容，但与REAS 3.11模拟紧张。由于CoREAS是最新版本的模拟代码，结合了当前关于空气簇射无线电发射的知识，这一新结果表明，当前模拟的绝对振幅预测现在与实验数据一致。
2015-12-18 astro-ph.HE astro-ph.IM
Measurement of the cosmic-ray energy spectrum above $10^{16}$ eV with the LOFAR Radboud Air Shower Array
详细介绍了用LOFAR Radboud气簇阵（LORA）测量的大范围气簇的能量重建。LORA是一个位于荷兰LOFAR射电望远镜中心的粒子探测器阵列。这项工作的目的是提供一个准确的和独立的能量测量的空气簇射测量通过其无线电信号与LOFAR天线。使用测量的簇射大小和从空气簇射模拟获得的宇宙射线能量之间的参数化关系进行能量重建。为了说明LORA的能力，全粒子宇宙射线能谱已被重建，假设宇宙射线仅由能量范围在$\sim2\times10^{16}$和$2\times10^{18}$ eV之间的质子或铁核组成。结果是兼容的文献值和不断变化的质量组成的过渡区从银河系到河外起源的宇宙射线。
2015-07-01 astro-ph.HE astro-ph.IM
Reconstructing air shower parameters with LOFAR using event specific GDAS atmospheres
对大气参数如湿度、压力、温度和折射率的有限了解，一直是从空气簇射的无线电发射重建簇射最大值深度的重要系统不确定性之一。目前的空气簇射蒙特卡罗模拟代码，如CORSIKA和无线电插件CoREAS使用各种平均参数化大气。然而，LOFAR数据所用的宇宙射线分析方法需要依赖时间和特定地点的大气模型。在那里，对每一个探测到的宇宙射线都使用了专用的模拟装置，以考虑测量时的实际大气条件。使用全球数据同化系统（GDAS），全球大气模式，我们已经实现了随时间变化的，现实的大气廓线在CORSIKA和COREAS。我们已经为使用LOFAR测量的所有空气簇射生成了真实的事件特定大气，LOFAR是一个跨越几年和许多不同天气条件的事件集。我们的数据集的一个完整的重新分析表明，对于大多数数据，我们以前的校正因子表现得相当好，我们发现只有一个小的系统移位2克/厘米$^2$重建$X_{\rm max}$。然而，在极端天气条件下，例如，非常低的气压下，偏移可高达15 g/cm $^2$。我们提供了一个修正公式，以确定在$X_{\rm max}$的变化，从使用美国标准大气和GDAS为基础的大气模拟的比较。
2020-06-02 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
Comparison of LOPES data and CoREAS simulations using a full detector simulation (ICRC2013)
德国卡尔斯鲁厄理工学院的LOPES实验已经测量空气簇射的无线电发射近10年。为了更好地了解排放过程，有必要将数据与模拟进行详细比较。这是可能的，使用新开发的探测器模拟，包括所有LOPES探测器组件。在通过该完整检测器模拟传播模拟事件之后，写入类似于标准LOPES的事件文件。LOPES数据和COREAS模拟可以被同等对待，相同的分析软件可以应用于两者。这提供了直接比较数据和模拟的机会。此外，标准分析软件可以用于模拟，从而可以检查空气簇射参数重建的准确性。我们指出的优点，并提出使用这样一个完整的LOPES探测器模拟的第一个结果。LOPES数据和Monte Carlo代码CoREAS的基础上使用这种探测器模拟分析的比较。
2013-08-12 astro-ph.HE astro-ph.IM
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
Cosmic Ray Physics with the LOFAR Radio Telescope
LOFAR射电望远镜能够用数百个单独的天线测量宇宙射线引起的空气簇射的无线电发射。这使得能够精确测试无线电信号的发射机制，并确定簇射最大值$X_{\max}$的深度，该簇射是对初级宇宙射线质量最敏感的可观测簇射，其深度优于20 g/cm $^2$。LOFAR拥有一个约320米$^2$的密集仪器圆形区域，目标是能量范围为$10^{16}$ - $10^{18}$ eV的宇宙射线天体物理学。在这篇文章中，我们给出了一个概述的状态，最近的结果，和未来计划的宇宙射线探测与LOFAR射电望远镜。
2019-03-20 astro-ph.HE astro-ph.IM
Universality and template synthesis of cosmic ray air shower radio emission
准确预测宇宙射线空气簇射的无线电发射依赖于计算要求高的蒙特卡罗模拟，如CoREAS。我们的目标是加快这一进程，通过半解析合成模型，同时保持高精度，使用模拟无线电脉冲作为模板。我们提出了我们的关键概念，专注于发展的粒子级联和经验的影响，本地产生的无线电信号的模板处理。在这种情况下，来自小部分空气簇射的无线电发射的普遍性也变得重要，而大多数以前的研究都集中在远距离可观测的积分量上。
2019-08-26 astro-ph.HE astro-ph.IM
Calibrating the absolute amplitude scale for air showers measured at LOFAR
宇宙射线引起的空气簇射产生了纳秒级的脉冲，可以在射频上探测到。在过去的几年里，这些脉冲已经在低频阵列射线（LOFAR）上成功地测量到，并用于研究宇宙射线的性质。为了完全理解这种现象和潜在的物理过程，需要对探测天线系统进行绝对校准。我们提出了三种方法，用于检查和改善天线模型的LOFAR，并提供一个绝对校准的整个系统的空气簇射测量。两种方法是基于校准的参考源和一个校准的方法，使用银河系的漫射无线电发射，优化短的数据集。振幅的精度达到19%。绝对校准也比较从空气淋浴模拟预测。这些结果被用来设置一个绝对的能量尺度的空气簇射测量，并可以作为一个绝对尺度的基础上测量的天文瞬变LOFAR。
2015-12-28 astro-ph.HE astro-ph.IM
The effect of the atmospheric refractive index on the radio signal of extensive air showers
为了解释大范围空气簇射的无线电发射测量结果，大气折射率$n$的自然变化引起了一个重要的系统不确定性。在给定的海拔高度，视温度、湿度和气压而定，呼吸活性$N=10^6\, (n-1)$可具有大约$10 \%$的相对变化。应用于$N$的典型校正约为$4\%$。使用CoREAS模拟的无线电发射从空气淋浴，我们已经评估了不同的$N$的淋浴最大值$X_{\rm max}$的深度测量的效果。对于30至80 MHz的观测波段，质子簇射天顶角范围为15至50度的质子簇射，质子活动中$4 \%$的差异导致推断的$X_{\rm max}$的系统误差在3.5至11 $\mathrm{g/cm^2}$之间。在120至250 MHz的较高频率下，偏移范围为10至22 $\mathrm{g/cm^2}$。发现这些偏移与到$X_{\rm max}$的几何距离成比例。我们已经比较的结果，一个简单的模型的基础上切连科夫角。对于120至250 MHz频段，该模型是在定性协议的模拟。在典型情况下，我们发现与CoREAS中的默认抗肿瘤活性治疗相比，$X_{\rm max}$略有降低。虽然这在通常处理的系统不确定性范围内，但考虑到这一点，可以明显提高$X_{\rm max}$测量的准确性。
2017-01-25 astro-ph.HE astro-ph.IM
Generative Neural Network for Simulating Radio Emission from Extensive Air Showers
本文提出用生成神经网络模拟宇宙射线广延大气簇射的无线电脉冲，并用于X_max重建，在保持与完整CORSIKA/CoREAS模拟相当分辨率的同时大幅降低计算成本。
2025-07-10 astro-ph.HE astro-ph.IM
Machine learning driven reconstruction of cosmic-ray air showers for next generation radio arrays
针对下一代射电阵列，本文提出用图神经网络重建宇宙射线簇射参数（方向、核心、能量、Xmax），基于CoREAS模拟库训练，为IceCube-Gen2等提供可扩展方案。
2025-07-09 astro-ph.HE astro-ph.IM
Measuring a Cherenkov ring in the radio emission from air showers at 110-190 MHz with LOFAR
测量来自空气簇射的无线电发射提供了一种新的方法来确定初级宇宙射线的性质，例如它们的质量和能量。理论预测，相对论时间压缩效应导致放大发射的环，其开始主导频率高于~100 MHz的发射模式。在这篇文章中，我们提出了这种结构的第一个详细的测量。用LOFAR射电望远镜在110 - 190 MHz频率范围内测量了空气簇射射电发射中的环形结构。这些数据很好地描述了CoREAS模拟。它们清楚地证实了将空气折射率作为高度的函数包括在内的重要性。此外，切伦科夫环的存在提供了可能性的几何测量的簇射最大值的深度，这反过来又取决于初级粒子的质量。
2014-11-25 astro-ph.HE astro-ph.IM
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
On the cosmic-ray energy scale of the LOFAR radio telescope
宇宙射线在LOFAR进行常规测量，既有密集的天线阵列，也有LOFAR Radboud空气簇射阵列（LORA），这是一个塑料散射器阵列。在本文中，我们提出了两个结果有关的宇宙线能量尺度的LOFAR。首先，我们提出了使用无线电和粒子技术的宇宙射线能量的重建，以及事件的事件和绝对尺度的不确定性的讨论。所得到的能量重建与每种方法被证明是在良好的协议，因为无线电为基础的重建能量具有较小的不确定性的事件到事件的基础上，LOFAR分析将使用该技术在未来。其次，我们提出了在LOFAR测量的空气簇射的辐射能量，并演示了如何辐射能量可以用来比较不同的实验的能量尺度。辐射能量与空气簇射中的电磁能量成二次方关系，而电磁能量又与初级粒子的能量有关。一旦考虑到当地的磁场，辐射能量就可以直接比较LORA基于粒子的能量尺度和皮埃尔俄歇天文台的能量尺度。他们同意在（6 $\pm$ 20）%的辐射能量为1兆电子伏，其中比较的不确定性主要是由每个实验的天线校准。这项研究促使便携式无线电阵列的发展，将用于交叉校准不同的实验，使用辐射能量和相同的天线的能量尺度，从而显着降低比较的不确定性。
2020-09-29 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
Measurement of horizontal air showers with the Auger Engineering Radio Array
位于阿根廷皮埃尔·俄歇天文台的俄歇工程无线电阵列（AERA）测量了30-80 MHz频率范围内广泛空气簇射的无线电发射。AERA由分布在17公里$^2$上的150多个天线站组成。AERA与俄歇表面探测器、荧光探测器和地下μ介子探测器（AMIGA）一起，能够以混合探测模式测量能量超过10 $^{17}$ eV的宇宙射线。AERA最适合探测$^{\circ}$天顶距的空气簇射，但是，使用俄歇表面阵列重建水平空气簇射，也可以测量非常倾斜的簇射。在这篇文章中，将介绍在天顶距范围从62 $^{\circ}$到80 $^{\circ}$的AERA数据的分析。CoREAS模拟预测，水平空气簇射的无线电发射足迹为几公里$^2$，这一点现已得到AERA测量的证实。这可能会导致无线电为基础的组成测量和能量测定的水平簇射在未来和中微子诱导簇射的无线电探测是可能的。
2016-09-18 astro-ph.HE astro-ph.IM
Template synthesis approach for radio emission from extensive air showers
提出一种混合模板合成方法，利用单个微观蒙特卡洛模拟和半解析关系生成广延大气簇射的射电发射，在$10^{17}$至$10^{19}$ eV垂直簇射中与CoREAS对比，重建精度达5%-10%。
2024-09-19 astro-ph.HE astro-ph.IM
LOFAR: Detecting Cosmic Rays with a Radio Telescope
LOFAR（低频阵列）是一个分布式数字射电望远镜，在荷兰、德国、法国、瑞典和英国设有台站，旨在实现对瞬变射电源的全天监测。这些能力对于探测宇宙射线空气簇射中产生的宽带无线电脉冲是理想的。LOFAR的核心由4平方公里内的24个站组成，每个站包含96个低频天线和48个高频天线。这种密集的仪器将允许对10-250兆赫频率范围内无线电信号的横向分布进行详细研究。这些研究是了解空气簇射中各种无线电发射机制的关键，也是确定无线电技术用于初级粒子识别的潜力的关键。我们目前的LOFAR宇宙线计划的状态，包括站的设计和硬件，触发和过滤方案，以及我们的宇宙线诱导的无线电脉冲的初步观测。
2011-09-27 astro-ph.HE astro-ph.IM
Radio measurements of air showers with the IceCube-Gen2 surface prototype station at the Pierre Auger Observatory
University of Delaware（特拉华大学）
本文介绍了在皮埃尔·奥格天文台运行的IceCube-Gen2地面原型站对空气簇射无线电信号的观测，通过与奥格地面探测器符合观测验证了信号有效性，并将更新分析结果与CoREAS模拟进行了对比。
2026-09-04 astro-ph.HE astro-ph.IM
Analytic Calculation of Radio Emission from Extensive Air Showers subjected to Atmospheric Electric Fields
我们已经开发了一个代码，半解析计算的无线电足迹（强度和极化）的广泛的空气簇射受大气电场。这可以用于从测量的无线电足迹重建大气电场的高度依赖性。感应电流的空间范围的各种参数化是基于蒙特卡罗簇射模拟的结果。计算出的无线电足迹与微观CoREAS模拟吻合良好。
2016-11-19 astro-ph.HE
Cosmic ray detection with the LOFAR radio telescope
本文介绍了LOFAR射电望远镜在升级前测量最后阶段的重建、插值和软件开发成就，以及最终数据发布和精细化分析计划。
2024-10-10 astro-ph.HE
Analytic calculation of radio emission from parameterized extensive air showers, a tool to extract shower parameters
宇宙射线引起的大范围空气簇射的射电强度和极化足迹由簇射前沿等离子体云中电流分布的时间依赖结构决定。反过来，在等离子体云，纵向簇射结构的综合电荷电流分布的时间依赖性，是由有趣的物理，其中一个想提取，如位置和多重性的初级宇宙射线碰撞或在雷暴期间的大气中的电场的值。从簇射的足迹中提取簇射的结构需要解决一个复杂的逆问题。为了这个目的，我们已经开发了一个代码，半解析计算的无线电足迹的广泛的空气簇射给定的任意纵向结构。该代码可以用于优化过程中，以提取给定无线电足迹的最佳纵向簇射结构。基于空气簇射的普遍性，我们提出了一个简单的参数化的等离子体云的结构。这种参数化是基于蒙特卡罗簇射模拟的结果。导出参数化还教导了等离子体云的哪些方面对于理解在无线电发射足迹中看到的特征是重要的。计算出的无线电足迹进行了比较与微观的COREAS模拟。
2017-11-28 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
A LOFAR-style reconstruction of cosmic-ray air showers with SKA-Low
本研究模拟了SKA-Low阵列的宇宙射线空气簇射信号，应用LOFAR最精确的重建方法，评估了系统动态范围、波束成形及统计与系统不确定性对质量组成精度的影响。
2025-06-22 astro-ph.HE hep-ex
Simulating radio emission from air showers with CORSIKA 8
本文介绍CORSIKA 8框架中射电模块的设计与实现，该模块支持两种时域算法模拟空气簇射射电辐射，并与CORSIKA 7和ZHAireS进行了直接比较验证。
2023-10-15 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
Radio signatures of cosmic-ray showers with deep in-ice antennas
本文提出FAERIE框架，耦合CoREAS与GEANT4模拟深冰中宇宙线簇射的射电辐射，以研究其对超高能中微子探测的背景影响，并为宇宙线否决系统设计提供依据。
2024-09-03 astro-ph.HE astro-ph.IM
Depth of shower maximum and mass composition of cosmic rays from 50 PeV to 2 EeV measured with the LOFAR radio telescope
我们提出了一个更新的宇宙射线质量组成分析的能量范围$10^{16.8}$的$10^{18.3}$电子伏特从334个空气阵雨测量的LOFAR射电望远镜，并选择最小的偏差。在这个能量范围内，宇宙射线的来源预计将从银河系转移到河外来源。分析是基于一种改进的方法来推断深度的最大$X_{\rm max}$广泛的空气阵雨从无线电测量和空气阵雨模拟。我们给出了$X_{\rm max}$与初级能量的平均值和标准差的结果，并在分布水平上分析了$X_{\rm max}$数据集，以估计宇宙线的质量组成。我们的方法使用未分组的最大似然分析，利用现有的参数化的$X_{\rm max}$分布的每个元素。对强子相互作用的三种主要模型进行了重复分析。结果是一致的一个显着的轻质量分数，在最佳拟合$23$ $39$ $\%$质子加氦，这取决于强子相互作用模型的选择。中等质量原子核占主导地位。这证实了LOFAR的早期结果，$X_{\rm max}$的系统不确定性现在降低到$9$ $\mathrm{g/cm^2}$的7。我们发现协议的质量组成相比，皮埃尔俄歇天文台的结果，在统计和系统的不确定性。然而，与早期的LOFAR结果一致，我们发现平均值$X_{\rm max}$略低。这些数值与皮埃尔·俄歇天文台发现的数值存在矛盾，但与北半球其他宇宙线天文台的结果一致。
2021-05-02 astro-ph.HE hep-ex
Prospects for measuring the longitudinal particle distribution of cosmic-ray air showers with SKA
我们探讨的可能性，测量的纵向轮廓的个别空气淋浴超过$X_{\rm max}$时，使用非常密集的无线电阵列，如SKA。将在澳大利亚建造的平方公里阵列的低频部分的特点是在半径500米的内核区域内有大约$50,000$天线的巨大天线密度，频带从50到350兆赫。从CoREAS模拟，SKA-Low天线模型加上噪声贡献，以及适应LOFAR分析脚本，我们获得了簇射最大值$X_{\rm max}$和能量的分辨率，大大优于LOFAR。已经从这个设置，我们表明，至少有一个额外的参数的纵向轮廓可以测量。这将通过测量额外的成分依赖量来改进质量成分分析。此外，它将提供一个机会来区分强子相互作用模型的不同预测，从而在人造加速器之外的能级上为强子物理学做出贡献。
2023-03-16 astro-ph.HE astro-ph.IM
Loss of coherence and change in emission physics for radio emission from very inclined cosmic-ray air showers
本文针对极倾斜宇宙射线大气簇射，发现了其无线电辐射中存在新的极化模式与相干性损失，打破了仅含Askaryan和横向电流的经典描述，为下一代实验探测与重建提供了指导。
2024-04-22 astro-ph.HE astro-ph.IM
A Bayesian Method for Air-Shower Reconstruction using Information Field Theory
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡大学）；Vrije Universiteit Brussel (VUB)（布鲁塞尔自由大学）；Radboud University Nijmegen（奈梅亨拉德伯德大学）；Max-Planck Institut für Astrophysik（马克斯·普朗克天体物理学研究所）；Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU)（慕尼黑路德维希-马克西米利安大学）；Deutsches Zentrum für Astrophysik（德国天体物理中心）；Stanford University（斯坦福大学）
本文提出一种基于贝叶斯推断和信息场理论的空气簇射重建方法，利用可微前向模型和高斯过程提高重建效率与鲁棒性，实现对簇射参数如初级能量和X_max的高精度估计。
2026-04-02 astro-ph.HE astro-ph.IM
Simulating radio emission from extensive air showers with CORSIKA 8
本文验证CORSIKA 8射电模块，比较其与CORSIKA 7和ZHAireS的模拟结果，证明Endpoints与ZHS两种形式在优化步长下辐射能量一致性优于2%，为射电探测能量标度提供支撑。
2025-09-19 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
Measurement of the properites of cosmic rays with the LOFAR radio telescope
高能宇宙射线撞击地球大气层，引发了次级粒子的级联，即广泛的空气簇射。空气簇射中的电子和正电子发出电磁辐射。LOFAR射电望远镜在10至240兆赫的频率范围内探测到这种发射。这些数据被用来确定入射宇宙射线的性质。无线电技术现在通常用于测量能量范围从$10^{17}$到$10^{18}$ eV的宇宙射线的到达方向、能量和粒子类型（原子质量）。这一能量区域具有特殊的天体物理学意义，因为在这一区域，预期宇宙射线将从银河系起源过渡到银河系外起源。为了说明，LOFAR的结果被用来设置模型的约束条件，以描述高能宇宙射线的起源。
2017-05-11 astro-ph.HE
A novel approach for air shower profile reconstruction with dense radio antenna arrays using Information Field Theory
本文提出基于信息场论的新框架，利用密集无线电天线阵列数据高效重建空气簇射纵向轮廓，超越仅恢复Xmax，并验证于LOFAR模拟数据，助力宇宙射线质量组成研究。
2025-08-06 astro-ph.HE astro-ph.IM
Validation of straight-line signal propagation for radio signal of very inclined cosmic ray air showers
本研究通过改进CoREAS中的电场计算并引入射线追踪数据，验证了在高达600 MHz频率和88°天顶角下，极高倾角空气簇射的直线信号传播模拟方法具有准确性和有效性。
2025-04-07 astro-ph.HE astro-ph.IM
Simulation Study of the Observed Radio Emission of Air Showers by the IceTop Surface Extension
对单个空气簇射的多探测器观测对于在精确确定单个事件的质量和能量等宇宙射线量方面取得重大进展至关重要，从而使我们在回答宇宙射线物理学中的未决问题方面向前迈进了一步。冰立方中微子天文台的表面阵列IceTop的增强目前正在进行中，包括在现有的冰切伦科夫坦克阵列上增加天线和反射器。无线电部分将通过提供X $_\text{max}$的估计和电磁级联的直接采样来改进初级粒子的表征，这两个部分对于每个事件的质量分类都很重要。一个原型站已在南极运行，并同时用储罐、闪烁器板和天线观测到阵雨。观测到的这些事件的无线电信号是独特的，因为它们是在70至350 MHz波段测量的，高于许多其他宇宙射线实验。我们将检测到的事件与CoREAS模拟的波形进行比较，与端到端的电子响应进行卷积，作为分析链的验证。使用检测器的响应和测量的原型站作为输入，我们更新了基于蒙特卡罗的研究增强的表面阵列的混合检测的空气阵雨的反射器和无线电天线的潜力。
2021-07-19 astro-ph.HE astro-ph.IM
The Tunka Radio Extension: reconstruction of energy and shower maximum of the first year data (ICRC 2015)
自2012年秋季投入使用以来，Tunka-Rex，空气切伦科夫探测器Tunka-133的无线电扩展，进行了三年的空气簇射测量。目前，该探测器由44个天线组成，分别连接到位于西伯利亚通卡山谷的空气切伦科夫和闪烁体探测器。在这些探测器的触发下，Tunka-Rex可以测量高达EeV级别的空气簇射的无线电信号。这种配置提供了一个独特的可能性之间的交叉校准空气切伦科夫，无线电和粒子技术。我们提出了重建方法的能量和簇射最大开发的COREAS模拟，它允许精确的竞争与空气切伦科夫技术。我们将这些方法应用于通卡-雷克斯在第一年获得的数据，我们使用交叉校准，我们比较的结果与重建的能量和簇射最大值通卡-133，这也提供了一个重建的簇射核心用于无线电重建。我们的方法已经表明，大气的簇射最大值（$X_\mathrm{max}$）的深度可以重建的精度优于40 g/cm $^2$的高质量的事件，在某些情况下，即使只有三个天线站有信号。能量精度与15%的空气切伦科夫精度相当。不久，将用第二年的独立数据对结果进行检查。
2015-09-04 astro-ph.HE astro-ph.IM
Application of Machine Learning to Identify Radio Pulses of Air Showers at the South Pole (ARENA 2024)
本研究利用卷积神经网络从南极冰顶阵列的射电背景中识别宇宙线大气簇射信号，相比传统方法发现事件数提升约五倍，且不降低纯度与角分辨率，验证了机器学习在混合阵列中的降阈与净化能力。
2025-02-27 astro-ph.HE astro-ph.IM
Reconstruction of cosmic ray air showers with Tunka-Rex data using template fitting of radio pulses
本文提出了一种改进的方法，用稀疏射电阵列精确重建$10^{17}$ eV以上的宇宙线空气簇射。该方法是基于无线电脉冲形状的预测的比较，通过CoREAS模拟测量脉冲。我们应用我们的方法的数据通卡-雷克斯，1公里的$^2$无线电阵列在西伯利亚工作在30-80 MHz的频带。通卡-雷克斯由空气切伦科夫探测器通卡-133和发射器（通卡-格兰德）触发。该仪器收集自2012年以来的空气簇射数据。本文介绍了最新的数据和信号分析的Tunka-Rex和一种新的方法的细节。在效率削减后，当Tunka-Rex达到其最高效率时，由于校准不确定性和簇射波动，新方法给出的约10%的能量分辨率已达到系统不确定性的极限。同时，与基于横向分布的斜率的先前方法相比，簇射最大值重建被显著地改进到高达35 g/cm $^2$的精度。我们还定义，现在实现的测量条件，在该淋浴的最大分辨率Tunka雷克斯达到25克/厘米$^2$的值，并成为具有竞争力的光学探测器。为了检查和验证我们的重建和效率削减，我们将个别事件与Tunka-133的重建进行比较。此外，我们比较平均簇射最大值作为一个函数的初级能量的其他实验的测量。
2018-07-02 astro-ph.HE astro-ph.IM
Simulation of the Radiation Energy Release in Air Showers
使用CoREAS模拟代码对大范围空气簇射以MHz辐射形式释放的能量进行了模拟研究。我们开发了一种有效的方法来提取这种辐射能量的空气簇射模拟。我们确定的辐射能量释放的纵向剖面，并比较它的能量沉积的纵向剖面的电磁组件的空气簇射。我们发现，校正的地磁发射的几何依赖性的辐射能量的尺度二次与空气簇射的电磁分量中的能量的二阶依赖于大气密度的簇射发展的最大值的位置$X_\mathrm{max}$。在无法获得$X_\mathrm{max}$的测量中，可以使用空气簇射的入射方向的天顶角来近似这种二阶相关性，而精度只有很小的恶化。这种方法的结果是在一个内在的不确定性为4%的电磁簇射能量，这是远远低于目前的实验不确定性。
2016-09-19 astro-ph.HE
Uncertainties in the Estimation of Air Shower Observables from Monte Carlo Simulation of Radio Emission
本研究通过比较CoREAS和ZHAireS模拟的射电发射，评估了空气簇射能量和最大发展深度观测量的系统不确定性，发现主要电场差异低于10%，能量不确定性低于5%，$X_{\rm max}$约为10 g/cm²。
2025-10-12 astro-ph.HE
Simulation of Radiation Energy Release in Air Showers
使用的CoREAS模拟代码进行了模拟研究的能量释放的广泛的空气淋浴的MHz辐射的形式。我们开发了一种有效的方法来提取这种辐射能量的空气簇射模拟。我们确定的辐射能量释放的纵向剖面，并比较它的能量沉积的纵向剖面的电磁组件的空气簇射。我们发现，校正的地磁发射的几何依赖性的辐射能量的尺度与能量的电磁分量的空气簇射与二阶依赖于大气密度的最大簇射发展的位置$X_\mathrm{max}$。在无法获得$X_\mathrm{max}$的测量中，可以使用空气簇射的入射方向的天顶角来近似这种二阶相关性，而精度损失很小。我们的方法的结果在一个内在的不确定性为4%的电磁空气淋浴组件中的能量的测定，这是远远低于目前的实验不确定性。
2016-09-19 astro-ph.HE hep-ph
Radio measurements of the energy and the depth of the shower maximum of cosmic-ray air showers by Tunka-Rex
我们重建的能量和簇射最大的空气簇射的位置与能量$E \gtrsim 100 $ PeV应用的方法，使用无线电测量与通卡雷克斯。事件到事件的比较，空气切伦科夫测量相同的空气阵雨与通卡-133光电倍增管阵列证实，无线电重建工作可靠。Tunka-Rex重建方法和绝对尺度已在CoREAS模拟上进行了调整，并产生与Tunka-133测量一致的能量和$X_{\mathrm{max}}$值。两个独立测量季节的结果在统计不确定性范围内一致，这为无线电重建提供了额外的信心。Tunka-Rex的能量精度与Tunka-133的$15 %$精度相当，并且在由天线的幅度校准主导的绝对尺度上表现出$20 %$不确定性。对于$X_{\mathrm{max}}$来说，这是第一次用一种不同的、已建立的方法对无线电测量进行直接的实验相关。目前，Tunka-Rex的$X_{\mathrm{max}}$分辨率约为$40 $ g/cm $^2$。由于目前的分析还没有发现任何原理上的局限性，因此通过部署额外的天线和进一步发展重建方法，这种分辨率可能会得到提高。
2016-01-08 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ex
Estimation of $X_\mathrm{max}$ for air showers measured at IceCube with elevated radio antennas of a prototype surface station
本研究利用部署在南极的增强型表面阵列原型站的三臂星形无线电天线，通过将观测事件直接与CoREAS模拟对比的最先进重建方法，估计了空气簇射的能量和$X_\mathrm{max}$，以确定宇宙射线质量组成。
2023-07-28 astro-ph.HE astro-ph.IM
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
Modelling uncertainty of the radiation energy emitted by extensive air showers
最近，利用无线电发射测定大范围空气簇射的能量已被证明是精确和准确的。特别是，无线电探测为独立测量宇宙射线的绝对能量提供了机会，因为辐射能量（以无线电信号形式辐射的能量）可以使用不涉及自由参数的第一原理计算来预测，并且无线电波的测量不会受到大气中任何显著吸收或散射的影响。在这里，我们通过比较用两个代码CoREAS和ZHAireS进行的蒙特卡罗模拟，验证了从微观模拟代码计算辐射能量的实施。为了将无线电发射计算中的电势差与空气簇射模拟中的差异隔离开来，模拟是在等效设置下进行的，特别是强子相互作用和大气描述的相同模型。比较一个大的模拟与不同的主要能源和淋浴方向，我们观察到的差异总额只有3.3%。这相当于在确定绝对能量标度时的不确定性仅为1.6%，因此打开了使用辐射能量作为宇宙射线实验的精确校准方法的潜力。
2017-08-16 astro-ph.HE
Radio Signatures of Cosmic-Ray Particle Showers in Deep In-Ice Antennas
利用FAERIE工具模拟冰中宇宙射线 shower 的无线电特征，以提高中微子和宇宙射线的分辨能力。
2026-01-10 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
Towards a fast and precise forward model for air shower radio simulation
宇宙射线的无线电探测方法依赖于电子和正电子的相干发射，这些电子和正电子沿着簇射轴以窄锥的形式发射。目前，以足够的精度再现这种发射的唯一模型是基于粒子和无线电发射物理学的蒙特卡罗模拟，这需要大量的计算时间。这里介绍的工作集中在压缩成一个半解析模型的模拟结果。这依赖于基于无线电发射的理论预测来构建框架，但是这些模型不是直接计算无线电信号，而是用于将模板模拟映射到给定无线电事件的规范。我们目前的方法切片的无线电信号的基础上，大气的起源深度和重量这些切片的基础上的淋浴参数，如电子数或有效的偶极矩。一个显着的增益超过现有的蒙特卡洛代码在于，这使得淋浴的深度最大的直接输入到模拟，目前必须预先选择淋浴的基础上，他们的随机数种子。这样的模型具有很大的潜力，大量的模拟为基础的分析方法，例如LOFAR空气簇射重建。这些技术受到可用计算时间的严重限制，但在实际测量应用中具有最低的误差。
2017-08-08 astro-ph.HE astro-ph.IM
