Neutrinos from Decaying Muons, Pions, Kaons and Neutrons in Gamma Ray Bursts
在伽马射线暴的内激波模型中，激波加速的相对论质子与低能光子（KeV-MeV）相互作用可能产生高能μ子、π子、中子和K介子。这些粒子随后衰变为高能中微子/反中微子和其他次级粒子。在伽马射线暴的强内磁场中，高能带电粒子（$μ^+$，$π^+$，$K^+$）在衰变为次级高能中微子和反中微子之前，会由于同步辐射而大量损失能量。相对论中子衰变为高能反中微子、质子和电子。我们计算了中微子总通量（中微子和反中微子），并考虑了能谱中μ子、π子、中子和K介子的衰变通道。我们证明了中子衰变产生的中微子总通量可以高于$μ^+$和$π^+$衰变产生的中微子总通量。带电的K介子比π介子重，能量损失慢，在很高的能量下，它们的次级中微子总通量大于μ介子和π介子的次级中微子总通量。我们对$pγ$相互作用中次级粒子产生的详细计算给出了地球上预期的中微子总通量和它们的味比。根据伽马射线暴的参数（光度、洛伦兹因子、变率时间、光谱指数和光子谱中的断裂能）的值，不同粒子（μ子、π介子、中子和K介子）衰变对总中微子通量的贡献可能不同，它们也会反映在中微子味比上。
2012-05-27 astro-ph.HE hep-ph
Recoil Momentum Effects in Quantum Processes Induced by Twisted Photons
我们考虑的物理过程所造成的扭曲光子的能量范围很广，从光学（eV）到核（MeV）的高能γ射线（TeV）。我们证明，为了满足角动量守恒，扭曲光子的吸收导致的最终粒子或粒子的质点系的横向反冲导致增加的阈值能量所需的反应进行。预言了在天体物理环境中，（a）$^{40}$ Ca冷阱离子的光吸收，以及新的横向运动边带，（b）氘的光衰变和（c）电子-正电子对的光产生的阈值能量的变化.
2020-07-11 astro-ph.HE hep-ph nucl-th
Unmasking the ultrahigh-energy cosmic ray origin
在10^{9.6} GeV（脚踝）附近，超高能宇宙射线谱的斜率急剧变化，加上脚踝附近和下面的轻但河外成分演变为中间/重成分的证据，已经证明理论上非常难以理解。最近，我们引入了一个非常通用的模型，其中，对于一系列源条件，加速器周围区域的超高能核的光致衰变自然地解释了观测到的光谱和整个河外成分的组成，其中占主导地位的约10^{8.5} GeV。在这篇文章中，我们回顾了模型的一般性，并表明星暴星系提供了一个令人信服的源例子。
2017-07-28 astro-ph.HE
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
Analytic calculations of the spectra of ultra high energy cosmic ray nuclei. II. The general case of background radiation
讨论了河外背景辐射中超高能核的传播问题。本文是第一篇论文的继续，在第一篇论文中，我们提出了三种新的分析方法来计算超高能宇宙线核（包括初级核、次级核和次级质子）的通量和谱。本文的计算方案是基于耦合动力学方程的解析解，它考虑了宇宙膨胀和成对产生的连续能量损失以及原子核的光致衰变。这种方法以最自然的方式包括在初级核通过河外背景辐射传播期间的光致蜕变过程中产生次级核。在第一篇文章中，为了提出所建议的分析计算方案，我们只考虑了宇宙微波背景辐射的情况，而在本文中，我们把这种计算推广到所有相关的背景辐射，包括红外和可见/紫外辐射，统称为河外背景光。解析解允许透明的物理解释所获得的光谱。河外背景光在超高能宇宙线核的中能区起着重要作用。河外背景光最显著的影响是次级核光谱中的低能尾。
2012-07-28 astro-ph.CO 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
Anisotropies of ultra-high energy cosmic ray nuclei diffusing from extragalactic sources
我们得到了从河外源附近扩散的超高能宇宙线核到达方向的偶极各向异性。我们考虑混合成分的情况下，不同的宇宙射线核被加速到相同的最大刚度，使$E<ZE_\text{max}^p$，与$Z$的原子序数和$E_\text{max}^p$的最大质子能量。我们采用了$E_\text{max}^p\simeq 6$ EeV，以便考虑踝关节上方越来越重的成分。通过蒙特卡罗模拟，我们得到了宇宙线在河外湍流场中的各向异性，以及光衰变和其他能量损失的影响。在能量为$\sim 10$ ~EeV的情况下，对于源密度和磁场的合理值，预测了5 ~ 10%的偶极各向异性。
2015-07-23 astro-ph.HE
Testing Hadronic Models of Gamma Ray Production at the Core of Cen A
皮埃尔俄歇实验观测到了几个来自Cen A核方向的55 EeV以上的宇宙线事件。这些宇宙射线可能起源于岑A的核心。用HESS观测到了来自Cen A射电核心和内部kpc喷流的高能γ射线辐射。我们正在测试质子或重核与核心区域物质的纯强子相互作用或重核的光衰变是否可以解释来自Cen A核心的宇宙射线和高能伽马射线观测。$p-γ$相互作用之后是光子介子衰变的情况已经由Sahu等人（2012年）进行了测试，发现与观测结果一致。本文还考虑了其它几种可能性：（i）在Cen A核中的初级宇宙线是质子，高能γ射线是在$p-p$相互作用中产生的;（ii）初级宇宙线是Fe核，高能γ射线是在$Fe-p$相互作用中产生的;（iii）初级宇宙射线是Fe核，它们在核中被光衰变。子核去激发并产生高能伽马射线。
2013-04-17 astro-ph.HE
FR-0 jetted active galaxies: extending the zoo of candidate sites for UHECR acceleration
Fanaroff-Riley（FR）0射电星系是公认的超高能宇宙线（UHECR）候选加速器FR-1和FR-2星系的低光度延伸。它们的数密度要高得多--比FR-1和$z\leq 0.05$多五倍--使它们成为对观测到的UHECR通量各向同性贡献的良好候选源。在这里，加速和生存的UHECR在FR-0环境的主要条件进行了讨论。首先，基于\textit{FR0CAT}编译平均谱能量分布（SED）。这些光子场由喷流和宿主星系组成，形成了UHECR的最小目标光子场，它将遭受电磁对产生，光衰变，光介子产生损失和同步辐射。讨论了两种最有希望的基于费米-I阶的加速方案和逐渐剪切加速方案以及不同的逃逸方案。当有效的加速机制先于逐渐的剪切加速时，例如，费米-I或其他FR-0星系可能是UHECR加速器。逐渐剪切加速要求射流洛伦兹因子为$Γ>1.6$，比相应的逃逸更快。在不太乐观的模型中，膝盖和脚踝之间的宇宙射线通量的贡献预计将相对独立于实现的湍流和加速度。
2021-07-28 astro-ph.HE
New test of Lorentz symmetry using ultrahigh-energy cosmic rays
我们提出了一个创新的测试洛伦兹对称性，通过观察对同时平行广泛的空气阵雨产生的超高能宇宙射线核的碎片，在与太阳光子的碰撞解体。我们发现，搜索的交叉相关的阵雨到达时间和方向成为背景免费的角度尺度< 3^ \circ和时间窗口{ \cal O}（10秒）。我们还表明，如果氦的太阳光致衰变几率为{ \cal O}（10^{-5.5}），那么寻找时空重合簇射的工作可能在现有的宇宙线设施（如皮埃尔俄歇天文台）的范围内。我们证明了对几个事例的实际观测可以用来约束核子的洛仑兹违反色散关系。
2018-02-01 astro-ph.HE hep-ph
Efficient Modeling of Heavy Cosmic Rays Propagation in Evolving Astrophysical Environments
本文提出可模拟重宇宙射线核、次级粒子与光子靶场非线性时间演化的能量输运代码，以精确预测源内化学成分及中微子发射，并优化IceCube数据分析。
2023-08-18 astro-ph.HE
Probing neutrino production in high-energy astrophysical neutrino sources with the Glashow Resonance
本文利用格拉肖共振区分高能天体物理中微子的pp与pγ产生机制，基于IceCube现有数据及未来全球切伦科夫望远镜合并曝光量，证明未来数十年内可在2σ水平区分两种机制，并探讨了混合产生机制的探测灵敏度。
2023-04-12 astro-ph.HE hep-ph
A Quantum Phase Transition in the Cosmic Ray Energy Distribution
我们在这里认为，“膝盖”的宇宙射线能量分布在$E_c \sim 1$ PeV代表了二级相变的宇宙比例。每个宇宙线粒子的热容量的不连续性由$Δc=0.450196\ k_B$给出。然而，一个更深的临界点奇点的想法不能排除目前的准确性，无论是在理论还是实验。在低温相E<E_c，量子相变由玻色子为主的宇宙线组成;在高温相$E > E_c$，量子相变由费米子为主的宇宙线组成。低温相产生于那些由核物理学中通常和传统的集体玻色子模型描述的原子核。高温相主要是质子。跃迁能$E_c$可以用原子核的光致衰变来估计。
2015-02-07 astro-ph.HE hep-ph
Improved photomeson model for interactions of cosmic ray nuclei
光子-强子相互作用对超高能宇宙射线的产生和传输具有重要意义。目前最先进的宇宙射线输运模拟处理在更复杂的水平上的巨偶极共振能量下的核衰变，以及在高于π介子产生阈值的高能区域中的核子的光强子相互作用。然而，高于π介子产生阈值的核的相互作用通常通过将核视为自由核子的叠加来建模-忽略核介质的影响。我们构建了一个改进的，包容性的模型与$A \leq 56$核的光介子制度，采用更准确的，数据驱动的参数化的相互作用截面，分裂的主核和包容性的π介子生产截面，直接影响生产的天体物理中微子。我们将我们的研究结果应用到两个多信使的情况下（潮汐破坏事件和伽马射线暴），其中光介子制度中的光核相互作用是最高能量宇宙射线的主要冷却过程。虽然我们发现适度的变化的质量组成的UHECR，天体物理中微子通量表现出显着的（几个因素）减少相比，天真的叠加的自由核子源的UHECR核与人口级联。实现该模型的数字代码已经公开，这有利于我们的结果在类似的框架中的整合。
2019-09-20 astro-ph.HE nucl-th
Analytic Solutions of Ultra-High Energy Cosmic Ray Nuclei Revisited
超高能宇宙射线的化学成分是粒子天体物理学中的一个关键问题。从宇宙射线簇射的延伸率推断的测量成分总体上看与初始源成分非常不同：宇宙辐射背景中的共振光衰变在最高能量下迅速进行，并且初始成分在传播过程中迅速变得更轻。为了对不断改进的宇宙线数据进行统计分析，需要尽可能精确地知道次级谱。本文讨论了超高能宇宙线核演化方程的精确解析解。我们引入一个图解形式主义，导致系统的解析扩展的精确解的传播的二阶效应。我们展示了如何一阶修正这种膨胀可以提高二级光谱的预测中的半解析处理。
2010-10-14 astro-ph.HE hep-ph
Nuclear Physics Meets the Sources of the Ultra-High Energy Cosmic Rays
确定天体物理源内宇宙射线核的注入成分，除了控制天体物理学的不确定性外，还需要对源物理和传播进行足够准确的描述。因此，我们研究宇宙射线天体物理学的核数据和模型的影响，其中涉及到在天体物理环境中的原子核的光致衰变到铁。我们表明，核模型的不确定性的影响可能是更大的环境中的非热辐射场比在宇宙微波背景。我们还研究了核级联的核模型的影响，在伽马射线暴辐射场，模拟的复杂程度相比，最精确的宇宙射线传播代码。我们的结论与同位素图描述的信息是必要的，原则上描述宇宙射线源和传播的核相互作用。
2017-07-18 astro-ph.HE hep-ph nucl-ex
