Francis Halzen
IceCube detects more than 100,000 neutrinos per year in the GeV- to PeV-energy range. Among those, we have isolated a flux of high-energy cosmic neutrinos. I will discuss the instrument, the analysis of the data, the significance of the discovery of cosmic neutrinos, and the recent multi-messenger observation of a flaring TeV blazar in coincidence with the IceCube neutrino alert IC170922.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
继续探索
Ultrahigh energy cosmic rays and neutrino flux models
本文综述超高能中微子搜索及其与宇宙线的关联，梳理产生机制、潜在源、模型无关通量基准及模型依赖预测方法。
Origin of the Ultrahigh-Energy Cosmic Rays and their Spectral Break
皮埃尔·俄歇天文台观测到的能量在宇宙线踝以上的高能宇宙射线（UHECR）的能谱、成分和到达方向，如果假设其起源于河外，则会出现不一致的情况。然而，它们的观测特性，是那些由银河系伽马射线暴中发射的高度相对论性喷流加速的UHECR所预期的，其中大部分都是从地球发射的。如果这种替代解释是正确的，那么在50 EeV附近观察到的UHECR能谱的断裂不是Greisen-Zatsepin-Kuzmin截止，而是来自银河系的高能铁宇宙射线自由逃逸的能量阈值，并且高于它们各自的自由逃逸阈值能量，UHECR核应该指向它们的银河系源或它们的残余，而不是GZK视界内的活动星系核（AGN）。
Past Galactic GRBs, and the origin and composition of ultrahigh-energy cosmic rays
皮埃尔·俄歇天文台的最新结果表明，超高能宇宙射线（UHECR）的化学成分与能量有关，在高能量下重元素的比例不断增加。这指出了银河系源的不可忽视的贡献，例如过去的伽马射线暴和银河系中其他罕见但强大的恒星爆炸。银河系磁场中的扩散效应改变了观测到的成分，并使UHECR的通量各向同性，在银河系中心方向上的各向异性高达百分之几，以及由于最近/最近爆发的位置而具有“热点”的一些小尺度各向异性。
Auger data show evidence for a correlation between ultrahigh-energy cosmic rays (UHECRs) and nearby starburst galaxies. This intriguing correlation is consistent with data collected by the Telescope Array, which have revealed a much more pronounced directional ``hot spot'' in arrival directions not far from the starburst galaxy M82. In this work, we assume starbursts are sources of UHECRs and investigate the prospects to use the observed distribution of UHECR arrival directions to constrain Galactic magnetic field models. We show that if the Telescope Array hot spot indeed originates from M82,…
Very recently, the Pierre Auger Collaboration reported a $4.5σ$ correlation between the arrival directions of the highest energy cosmic rays and nearby starburst galaxies. The cosmic rays producing the anisotropy signal have been proposed to originate in low-luminosity gamma-ray bursts (llGRBs). On the basis of the well-justified assumption that at redshift $z<0.3$ the host metallicity is a good indicator of the llGRB production rate, we show that the association of llGRBs and the starbursts correlating with Auger data is excluded at the 90% confidence level.
The diffuse neutrino flux measured in IceCube is comparable with the ultrahigh-energy cosmic ray (UHECR) flux, which has led to the concept of a unified origin of high-energy neutrino and UHECR backgrounds. We construct a generic unification model of sources to explain UHECR data at $\gtrsim 10^{19}$ eV, and high-energy neutrinos with energies that exceed $\sim100$ TeV in the framework of photo-meson production processes, and provide general constraints on the source properties. A source environment with moderately efficient in-situ production of $\gtrsim 100$ TeV neutrinos with an optical dep…
Role of Galactic sources and magnetic fields in forming the observed energy-dependent composition of ultrahigh-energy cosmic rays
皮埃尔俄歇天文台最近的结果显示，超高能宇宙射线（UHECR）的化学成分与能量有关，在高能量下重元素的比例越来越大，这表明银河系源可能有不可忽视的贡献。我们表明，在由伽马射线暴（GRB）或罕见类型的超新星爆炸，发生在过去的银河系中产生的UHECR的情况下，在UHECR的组成的变化可以导致不同的物种在扩散时间的差异。在银河系中心方向的各向异性预计是百分之几的平均值，但最近/最近的爆发的位置可以与观察到的UHECR集群。
A hard $γ$-ray spectrum of supernova remnant G106.3+2.7 can be explained by using the hadronic model with the gluon condensation effect. This implies that not only PeVatrons but also EeVatrons generally exist in the universe including our galaxy, and they can accelerate protons to beyond "ankle" ($10^{19}~eV$). Although these proton beams are very weak in the galaxy and cannot be observed individually on the earth, the gluon condensation effect may greatly enhance the proton-proton cross section, which can compensate for the weak proton flux and produce the observed $γ$-rays. We also show that…
The sources of ultrahigh-energy cosmic rays (UHECRs) have been stubbornly elusive. However, the latest report of the Pierre Auger Observatory provides a compelling indication for a possible correlation between the arrival directions of UHECRs and nearby starburst galaxies. We argue that if starbursts are sources of UHECRs, then particle acceleration in the large-scale terminal shock of the superwind that flows from the starburst engine represents the best known concept model in the market. We investigate new constraints on the model and readjust free parameters accordingly. We show that UHECR …
Superheavy dark matter and ultrahigh energy cosmic rays
早期宇宙的暴胀膨胀阶段产生了超重的遗迹，其质量窗口在10^{12} GeV到10^{14} GeV之间。这些超重残骸的衰变或湮灭可以解释观测到的超过格瑞森-扎采平-库兹明截止的高能宇宙射线。我们强调，能量超过20 EeV的宇宙线到达方向的模式将决定不同的建议之间的起源能量宇宙射线。
We propose an innovative test of Lorentz symmetry by observing pairs of simultaneous parallel extensive air showers produced by the fragments of ultrahigh-energy cosmic ray nuclei which disintegrated in collisions with solar photons. We show that the search for a cross-correlation of showers in arrival time and direction becomes background free for an angular scale < 3^\circ and a time window {\cal O}(10 s). We also show that if the solar photo-disintegration probability of helium is {\cal O} (10^{-5.5}) then the hunt for spatiotemporal coincident showers could be within range of existing cosm…
Clustering, GUT scale and neutrino masses from ultrahigh energy cosmic rays
最高能量宇宙射线（UHECR）的起源仍然未知。为了理解它们的传播，我们确定了在距离r处产生的能量为E的高能质子（5 \cdot 10 ^{19} eV以上）到达地球的概率，该概率高于阈值E_c。高能宇宙射线的聚集表明它们可能是由致密的源发射的。给出了基于多重性的源密度的统计分析。高能宇宙线谱与GUT尺度粒子的衰变相一致。另一方面，我们考虑的可能性，大部分的高能宇宙射线的衰变产物的Z玻色子产生的散射宇宙学遗迹中微子的高能宇宙中微子。基于这种情况下，我们确定所需的最重的遗迹中微子的质量。在不久的将来，AMANDA、RICE或Pierre Auger天文台等实验应该可以探测到所需的高能中微子通量。
Fusion of strings and cosmic rays at ultrahigh energies
结果表明，在核子-核子碰撞的运动学极限之外，弦的熔合是核-核碰撞中粒子产生的一个来源。这个事实，再加上弦聚变的另一个效应，多重数的减少，对高能宇宙射线的两个主要问题，即探测到的高能宇宙射线的化学成分和能量，提供了一些线索。
Clustering, GUT scale and neutrino masses in Ultrahigh energy cosmic rays
我们确定了一个在距离r处产生的能量为E的高能质子（大于5 \cdot 10^{19} eV）到达地球的概率，该概率大于阈值E_c。高能宇宙射线的聚集表明它们可能是由致密的源发射的。我们提出了一种基于多重性的源密度的统计分析。高能宇宙线谱与GUT尺度粒子的衰变相一致。通过使用极大似然分析，我们确定了这些GUT尺度颗粒的质量。我们考虑了大部分高能宇宙射线是高能宇宙中微子与宇宙学遗迹中微子散射产生的Z玻色子衰变产物的可能性。在此基础上，我们通过极大似然分析，确定了最重遗迹中微子所需的质量以及所需的高能宇宙中微子通量。
We investigate the production of magnetic flux from rotating black holes in active galactic nuclei (AGNs) and compare it with the upper limit of ultrahigh energy cosmic ray (UHECR) luminosities, calculated from observed integral flux of GeV-TeV gamma rays for nine UHECR AGN sources. We find that, for the expected range of black hole rotations (0.44<a<0.80), the corresponding bounds of theoretical magnetic luminosities from AGNs coincides with the calculated UHECR luminosity. We argue that such result possibly can contribute to constrain AGN magnetic and dynamic properties as phenomenological t…
Exotic physics with ultrahigh energy cosmic rays
超高能宇宙射线为探索新物理提供了一个独特的基础。在这次演讲中，我们回顾了在宇宙成因中微子的相互作用中测试TeV引力的可能性，以及在核子产生的空气簇射中发现长寿命奇异粒子的可能性，例如分裂超对称模型的胶子或超对称模型的引力子LSP。
The arrival directions of multi-TeV cosmic rays show significant anisotropies at small angular scales. It has been argued that this small-scale structure can naturally arise from cosmic ray scattering in local turbulent magnetic fields that distort a global dipole anisotropy set by diffusion. We study this effect in terms of the power spectrum of cosmic ray arrival directions and show that the strength of small-scale anisotropies is related to properties of relative diffusion. We provide a formalism for how these power spectra can be inferred from simulations and motivate a simple analytic ext…
The Curious Adventure of the Ultrahigh Energy Cosmic Rays
这些讲座讨论了涉及到高能宇宙射线的产生和河外传播的奥秘，并提出了可能的解决方案。
Effect of the 3K background radiation on ultrahigh energy cosmic rays
在这项工作中，我们重新研究了宇宙背景辐射对极高能量宇宙射线传播的不透明度。我们使用连续的能量损失近似提供几个假设的宇宙线源的光谱修正因子。解决了这种近似的早期问题，包括$Δ$以外的共振效应。
Ultrahigh energy cosmic rays as a Grand Unification signal
我们分析了\approx 10^{9} GeV以上的高能宇宙射线的光谱。用极大似然分析表明，观测到的光谱与河外GUT尺度粒子的衰变是一致的。这些超重粒子的预测质量为m_X= 10 ^b GeV，其中b=14.6_{-1.7}^{+1.6}。
Ultrahigh energy cosmic rays and supersymmetry
最近，提出超重粒子$X$作为高能宇宙射线源的模型引起了人们的兴趣。这些$X$ -粒子要么是早期宇宙中的亚稳态残留粒子，要么是由拓扑缺陷释放出来的。在这些模型中，探测到的空气簇射是由源自$X$ -粒子碎裂的原色产生的。本文给出了在超对称量子色动力学中计算的超重粒子碎裂谱。然后讨论了最轻超对称粒子作为可能的高能原初粒子的地位。
Ultrahigh-Energy Photons as a Probe of Nearby Transient Ultrahigh-Energy Cosmic-Ray Sources and Possible Lorentz-Invariance Violation
探测中微子和光子对于确定超高能宇宙射线（UHECR）的来源至关重要，特别是对于瞬态源。我们专注于超高能伽玛射线发射的瞬态源，如伽马射线暴，因为>EeV的伽玛射线可以更直接的证据UHECR比PeV中微子和GeV-TeV的伽玛射线。我们表明，目前和未来的UHECR探测器，如俄歇和JEM-EUSO，可以预期约1-100事件的符合检测，检测概率可以高于中微子附近的瞬态源在<50-100 Mpc。这些结果对于约束不确定的宇宙射电背景以及了解UHECR的源性质和最大能量都是有用的。它们还可以给我们比电流约束强10^4倍的洛伦兹不变性破坏极限。
Muon Charge Ratio of Ultrahigh Energy Cosmic Rays
高能宇宙射线的μ子电荷比可以提供信息来探测初级宇宙射线的成分。我们建议通过分析高能μ子在簇射横平面上的相对横向位置来提取它们在非常倾斜的大范围空气簇射中的电荷信息。
The brightest long gamma-ray burst detected so far by the Swift-BAT and Fermi-GBM telescopes, GRB~221009A, provides an unprecedented opportunity for understanding the high-energy processes in extreme transient phenomena. We find that the conventional leptonic models, synchrotron and synchrotron-self-Compton, for the afterglow emission from this source have difficulties explaining the observation of $\gtrsim 10$ TeV $γ$ rays, by the LHAASO detector, and extending up to 18 TeV energies. We model $γ$-ray spectrum estimated in the energy range 0.1-1 GeV by the Fermi-LAT detector. The flux predicte…
The Interplay of Ultrahigh-Energy Cosmic Rays and Extra Dimensions
以超高能宇宙射线（UHECRs）为探针，以额外维度为超高能世界的可能成分，讨论了它们之间可能的相互作用。一方面，小额外维和Kaluza-Klein爆发提供了一个可行的方法来起源的UHECR。另一方面，大的额外维度可能会改变高能粒子之间的各种相互作用，从而影响UHECR产生的空气簇射。相反，UHECR数据可能会告诉我们隐藏在额外维度中的秘密。
Based on a newly proposed mirror-matter model of neutron-mirror neutron ($n-n'$) oscillations, the puzzles related to ultrahigh-energy cosmic rays (UHECRs) are explained. In particular, the phenomena around the Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK) cutoff for UHECRs can be well understood under the new mirror matter model assuming a mirror-to-ordinary temperature ratio of $T'/T \sim 0.3$. The suppression factor of the GZK effect due to the opacity of cosmic microwave background is calculated and agrees with the observations well. Most of the super-GZK events (i.e., above the GZK cutoff), as predicted …
We perform Monte Carlo simulations of transrelativistic shear acceleration dedicated to a jet-cocoon system of active galactic nuclei. A certain fraction of galactic cosmic rays in a halo is entrained, and sufficiently high-energy particles can be injected to the reacceleration process and further accelerated up to 100 EeV. We show that the shear reacceleration mechanism leads to a hard spectrum of escaping cosmic rays, $dL_E/dE\propto E^{-1}-E^0$, distinct from a conventional $E^{-2}$ spectrum. The supersolar abundance of ultrahigh-energy nuclei is achieved due to injections at TeV-PeV energi…
Ultrahigh Energy Cosmic Rays and Prompt TeV Gamma Rays from Gamma Ray Bursts
伽马射线暴（GRB）被认为是能量高达$\gsim10^{20}\ev$的超高能宇宙线（UHECR）事件的一类{ \it可能}源。在伽玛射线暴源内加速的最高能量质子的同步辐射应产生高达TeV能量的伽马射线。在这里，我们简要地讨论了从在即将到来的ICECUBE μ子探测器在南极的伽玛暴中的质子同步辐射源的提示TeV γ射线的可探测性的角度对伽玛暴的能量学的影响。
Possible galactic sources of ultrahigh-energy cosmic rays and a strategy for their detection via gravitational lensing
如果星系晕中超重残留粒子的衰变是超高能宇宙射线的原因，那么这些粒子必须聚集在一起，以解释AGASA数据中的小尺度各向异性。我们表明，这些星团的质量足够大，它们的引力透镜恒星和星系的背景。我们提出了一个一般的策略，可以用来检测这样的集群通过引力透镜，或排除衰变的遗迹粒子作为最高能量的宇宙射线的起源的假设。
Cosmic Necklaces and Ultrahigh Energy Cosmic Rays
宇宙项链是由单极子和弦组成的混合拓扑缺陷，每个单极子上有两条弦。我们认为，宇宙演化的项链可能显着不同的宇宙弦。项链的典型速度可以比光速小得多，网络的特征尺度比视界小得多。我们估计的通量的高能量质子产生的衰变的闭环中的电子湮没。对于某些合理的参数值，它可以与观测到的超高能宇宙射线通量相比较。
TeV Strings and Ultrahigh-Energy Cosmic Rays
GZK截止能量以上的超高能宇宙线事件的起源和性质是一个长期未解之谜。中微子是被提议的候选者，但它们与物质的标准相互作用太弱了。在TeV尺度的弦论的背景下，由可能的额外空间维度的动机，中微子核子散射检查。共振弦的贡献大大增加了标准模型中微子-核子截面。虽然它们似乎不足以解释trans-GZK宇宙射线事件，但它们的影响可能会在接下来的实验中被发现。
Ultra High Energy Cosmic Rays: Anisotropies and Spectrum
皮埃尔·俄歇天文台最近关于超高能宇宙射线事件和附近几个离散源之间可能存在关联的结果可能是带电粒子天文学新时代的起点。在本文中，我们引入一个简单的模型来确定任何本地分布的源的预期通量的影响。我们考虑两个人口的来源：遥远的源均匀分布和本地点源。我们研究的预期流量的本地分布的源的影响，也指的是一套天体物理对象的相关性与俄歇事件的实验声称。
New physics from ultrahigh energy cosmic rays
对能量超过~ 4 x 10^{10} GeV的宇宙射线的观测激发了几种关于其起源的推测性建议。关键的问题是，在这个能量下，光谱是否显示出预期的“GZK截止”-关于这一点，目前有相互矛盾的结果。如果真的有一个截止点，那么这些源在宇宙学上是遥远的，而且在性质上相当奇特。如果没有截止，那么就需要新的物理学。
The Pierre Auger Collaboration has reported an excess in the number of muons of a few tens of percent over expectations computed using extrapolation of hadronic interaction models tuned to accommodate LHC data. Very recently, we proposed an explanation for the muon excess assuming the formation of a deconfined quark matter (fireball) state in central collisions of ultrarelativistic cosmic rays with air nuclei. At the first stage of its evolution the fireball contains gluons as well as $u$ and $d$ quarks. The very high baryochemical potential inhibits gluons from fragmenting into $u \bar u$ and…
Ultrahigh energy cosmic rays and new particle physics
本文讨论了高能宇宙线之谜的现状和几种涉及标准模型以外粒子物理的解决方案。重点是自上而下的模型，并作为一个主要的例子，超大质量暗物质作为银河源UHE CR和它的实验签名（银河系各向异性，化学成分和集群）的状态进行了审查。然后讨论了计算超大质量粒子碎裂谱的不同方法。最后，有人认为，UHE中微子不能-无论是直接或间接-负责观察到的垂直空气淋浴。
Large-scale anisotropies of ultra-high-energy cosmic rays measured at the Pierre Auger Observatory
本文综述 Pierre Auger 天文台对超高能宇宙线大尺度各向异性的测量，并基于19年数据讨论8 EeV以上显著偶极信号及其河外起源指示。
On the spectrum of Ultrahigh Energy Cosmic Rays and the Gamma Ray Burst Origin Hypothesis
宇宙学上的伽马射线暴（GRB）可以产生观测到的最高能量的宇宙射线通量。然而，最近对伽玛暴的研究表明，它们的红移分布可能遵循平均恒星形成率的分布，并且在高红移时伽玛暴的数量更多。因此，我们表明，光生子生产的能量损失所遭受的高能宇宙射线来自伽玛暴将产生太尖锐的光谱高能量截止与空气淋浴数据一致。此外，我们表明，宇宙学伽玛暴未能提供所需的能量输入占宇宙射线通量10 EeV以上的100-1000倍。
Particle Candidates of Ultrahigh Energy Cosmic Rays
我们讨论的候选人trans-GZK宇宙射线观察到的各种探测器。在提交给这次会议的摘要中，有三种类型的主要代表：引起Z-爆发的中微子，超重亚稳粒子衰变产生的质子，以及在低尺度弦统一模型框架内的中微子。我们试图评估这些计划的相对优点。目前还不能得出明确的结论。然而，我们指出，一些方案比其他方案更可信/更具预测性。数据将由皮埃尔·俄歇天文台和轨道探测器（猫头鹰、空中观察.）收集。应该能够在各种方案之间作出决定。
Microscopic Black Holes as a Source of Ultrahigh Energy gamma-rays
我们研究了微观黑洞加速带电粒子时可以产生高能γ射线（E>10 TeV）的想法。我们首先表明，微观黑洞可能存在的残余物的原始黑洞或作为碰撞的产物，在大额外维度的情况下，高能宇宙射线与大气粒子。然后，我们在4，5和6维弯曲时空背景下求解麦克斯韦方程组，并使用解来计算能量分布。从后者，我们得到所需的黑洞参数产生所观察到的伽马射线的能量。
Kaluza-Klein Burst: a New Mechanism for Generating Ultrahigh-Energy Cosmic Rays
通过引入额外小维度作为能量载体，从自下而上和自上而下两个角度提出了理解超高能宇宙射线（UHECR）起源的新方案.我们探讨了通过卡鲁扎-克莱因（KK）爆发产生UHECR的可能性，这是一种通过KK模式之间的碰撞从额外维度到普通维度的剧烈能量转移，特别是在KK模式的团块内。这些团块的可能尺度范围从天文学的，如KK恒星致密物体，到微观的，如“KKonium”。这种KK突发模型的UHECRs和可能的签名的聚集KK模式的优点进行了讨论。
Ultrahigh-energy nuclei, photons, and magnetic fields
宇宙射线探测器和伽马射线探测器的最新数据结合起来，对超高能宇宙射线（UHECR）的来源、银河系内外的磁场以及宇宙光子背景产生了一些令人惊讶的见解。UHECR的能量依赖性成分意味着位于银河系的源的不可忽略的贡献，例如过去发生在我们银河系的伽马射线暴。从费米数据中看到的遥远源的扩展晕，意味着星系际磁场的平均强度为飞秒高斯量级。这种相对较低的磁场意味着来自遥远耀变体的质子在与光子背景的相互作用中产生了可检测的次级伽马射线通量。与数据的比较表明，二次光子与大气切伦科夫望远镜观测到的遥远耀变体光谱非常一致。
Isolated Black Holes as Potential PeVatrons and Ultrahigh-energy Gamma-ray Sources
本文提出孤立黑洞在分子云中吸积形成磁 arrested 盘，通过磁重联加速质子至PeV能量，产生无GeV-TeV对应体的超高能伽马射线，解释LHAASO暗源并为银河系PeV宇宙射线做出贡献。
Deducing the Source of Ultrahigh Energy Cosmic Rays
对于E > 10^{19.7} eV（UHECR）的宇宙射线，显然缺乏合适的天体物理源，这就是“GZK Parkson”。我们认为，无论产生它们的机制是什么，也必须考虑到~10^{18.7} eV的事件，包括它们的各向同性和光谱平滑性。这就排除了星系源、分布式源（如拓扑缺陷）和伽马射线暴（GRB）。我们率先确定了强大的射电星系Cen A，在3.4 Mpc，作为可能的来源，大多数UHECR在地球上观察到今天，并估计河外磁场为~0.3 microG。
Searching for New Physics with Ultrahigh Energy Cosmic Rays
超高能宇宙射线在地球大气层中相互作用时产生巨大的带电粒子和光子簇射，为寻找新的物理学提供了独特的工具。特别令人感兴趣的是，探测到一个非常小的违反洛伦兹不变性的可能性，例如可能与$\sim 10^{-35}$ m普朗克尺度附近的时空结构有关。我们在这里讨论的可能签名的洛伦兹不变性破坏的频谱上的能量宇宙射线相比，目前的观测巨大的空气淋浴。我们还讨论了未来使用更灵敏的检测技术来改进洛伦兹不变性破坏搜索的可能性。使用最新的数据从皮埃尔俄歇天文台，我们得出一个最佳的拟合的LIV参数$3.0^{+1.5}_{-3.0} \times 10^{-23}$，对应的上限$4.5 \times 10^{-23}$在质子洛伦兹因子$\sim 2 \times 10^{11}$。这一结果对量子引力模型具有重要意义。
Unstable superheavy relic particles as a source of neutrinos responsible for the ultrahigh-energy cosmic rays
超重残留粒子的衰变可能会产生极高能的中微子。它们在残余中微子上的湮灭可能是能量超过Greisen-Zatsepin-Kuzmin截止的宇宙射线的起源。红移的作用就像一个宇宙学滤波器，选择在某一特定值z_e处的源，此时中微子能量接近湮灭截面的Z极。我们预言超高能宇宙射线与星系晕没有方向相关性。同时，数据中可以存在一些方向相关，反映了物质在红移z=z_e处的分布。这两个特征在现有数据中都很明显。我们的方案与Super-Kamiokande报告的中微子质量一致，并且不需要轻子不对称性或背景中微子的聚集。
Ultraheavy Ultrahigh-Energy Cosmic Rays
研究超重核作为超高能宇宙射线的传播特性，发现其能量损失长度显著长于质子和中间质量核，推测高能宇宙射线可能由超重超高能宇宙射线构成，并首次约束其来源贡献。
Are ultrahigh energy cosmic rays signals of supersymmetry?
我们研究了能量大于Greisen-Zatsepin-Kuzmin截止值的宇宙射线不是核子，而是出现在标准模型的许多扩展中的一种新的稳定的大质量强子的可能性。我们主要关注的是S^0，一种uds-gluino束缚态。S^0在宇宙背景辐射中的射程比核子的射程远得多，因此可能来自宇宙学距离以外的源。
We search for anisotropies in the arrival directions of cosmic rays observed by the KASCADE-Grande air shower experiment. The analysis is based on public data of about 23.7 million events with reconstructed primary energies above 1 PeV. We apply a novel maximum-likelihood reconstruction method for the cosmic ray anisotropy, that compensates for spurious anisotropies induced by local detector effects. We find no evidence for a large-scale dipole anisotropy in the data, consistent with official results based on the conventional East-West derivative method. On the other hand, a subset of cosmic r…
Effects of atmospheric electric fields on detection of ultrahigh-energy cosmic rays
我们表明，大气电场可能会影响宇宙线观测在几个方面，并可能导致高估的宇宙线能量。雷暴云中的电场可高达几千伏/厘米。这个场可以加速簇射电子，并可以向簇射提供一些额外的能量。因此，在某些天气条件下的地面阵列观测，如果不考虑这种影响，可能会高估超高能宇宙射线的能量。此外，电场还能使μ子轨道弯曲，影响斜射簇射的方向和能量重构。最后，由于失控击穿，簇射电子有可能雪崩倍增，这可能导致对宇宙射线能量的严重错误计算。
Cosmic neutrino events detected by the IceCube Neutrino Observatory with energy $\gtrsim 30$ TeV have poor angular resolutions to reveal their origin. Ultrahigh-energy cosmic rays (UHECRs), with better angular resolutions at $>60$ EeV energies, can be used to check if the same astrophysical sources are responsible for producing both neutrinos and UHECRs. We test this hypothesis, with statistical methods which emphasize invariant quantities, by using data from the Pierre Auger Observatory, Telescope Array and past cosmic-ray experiments. We find that the arrival directions of the cosmic neutrin…
The detection of ultrahigh-energy (UHE) neutrino sources would contribute significantly to solving the decades-old mystery of the origin of the highest-energy cosmic rays. We investigate the ability of a future UHE neutrino detector to identify the brightest neutrino point sources, by exploring the parameter space of the total number of observed events and the angular resolution of the detector. The favored parameter region can be translated to requirements for the effective area, sky coverage and angular resolution of future detectors, for a given source number density and evolution history. …
Ultrahigh Energy Cosmic Rays: Facts, Myths, and Legends
这是一系列讲座的书面版本，针对天体物理学/粒子理论/粒子实验的研究生。在第一部分中，我们解释了近年来在理解能量> 10^8 GeV的宇宙射线的实验数据方面取得的重要进展。我们首先简要调查现有的数据，包括描述的能谱，质量组成，和到达方向。在这一点上，我们也给一个简短的概述实验技术。之后，我们介绍了加速和传播的基本原理，以讨论附近的宇宙线源，并强调了一个新的（多粒子）天文学的一些前景。接下来，我们调查的艺术状态，关于宇宙中微子，应与观测到的宇宙射线。第二部分是宇宙线空气簇射现象的概述。我们解释了强子相互作用模型，用于推断结果从对撞机数据的能量，并描述了在大型强子对撞机（LHC）的前瞻性物理的见解的前景。我们还解释了主要的电磁过程，治理纵向簇射演化。有了这两个主要的淋浴成分和动机从基础物理学，我们描述了不同的方法提出区分主要物种。在最后一部分中，我们概述了如何利用高能宇宙线相互作用来探索电弱尺度之外的新物理。
Anomalous Anisotropies of Cosmic Rays from Turbulent Magnetic Fields
宇宙射线在湍流星际磁场中的传播是一个典型的空间扩散过程。这种形式主义预测只有一个小的偏离各向同性CR分布的形式，在CR密度梯度或相对背景流的方向上的偶极子。我们表明，存在一个全球性的CR偶极矩必然会产生一个更高的多极矩在当地CR分布的频谱。这些“反常”的各向异性是在局部湍流磁场存在下刘维尔定理的直接结果。我们表明，该模型的预测与观察到的多TeV CR的功率谱非常吻合。
The Mysterious Ultrahigh Energy Cosmic Ray Clustering
我们研究了致密射电类星体（红移在$z = 0.3 - 2.2$范围内）和形成星团的高能宇宙射线的到达方向之间的相关性。我们的蒙特卡罗模拟揭示了AGASA样本的统计学显著相关性：这种效应的机会概率小于1%。讨论了这一结果对低能宇宙射线起源的意义。
Clustering properties of ultrahigh energy cosmic rays and the search for their astrophysical sources
高能宇宙射线（UHECR）的到达方向在所有尺度上都可能表现出各向异性，从实验角分辨率以上到中等尺度和偶极各向异性。我们发现，全球比较的两点自动关联函数的数据与目录的潜在来源之一是一个强大的诊断工具。特别是，这种方法是远不如互相关研究的灵敏度在磁场中的未知偏转，同时保持了强大的歧视权力之间的源候选人。我们通过考虑普通星系、伽马射线暴和活动星系核作为可能的源来说明这些优点。稀疏的公开数据已经表明，UHECRs的来源可能是星系或活动星系核的一个强烈聚集的子样本。我们提出了各种情况下的源分布，可以检查皮埃尔俄歇天文台的预测。
A Cluster of Ultrahigh Energy Cosmic Rays
分析AGASA和HiRes组合立体数据中的五条高能宇宙射线，以检验它们是否来自单一来源。在94个事件的高能数据集中，在37 EeV以上的四倍体可以不考虑磁色散进行分析。它是偶然结合的概率是10^-3。假设源是连续的，这些UHECR从其源在途中积累的随机磁偏转可用于估计\sqrt{B^2 λD} ~ 1 nG-Mpc。包括在10和30 EeV之间的HiRes事件的五重态与该值很好地拟合。银河系的磁偏转似乎比某些模型中的要小。
Neutrino cross sections at high energies and the future observations of ultrahigh-energy cosmic rays
我们表明，未来的超高能宇宙射线中微子探测器将能够测量能量高达10^{11}GeV或更高的中微子-核子截面。我们发现，单位表面积上由中微子相互作用产生的上行带电轻子的通量与截面成反比。这与大气中中微子相互作用引起的水平空气簇射（HAS）速率形成对比，后者与截面成正比。因此，通过比较HAS和上行空气簇射（UAS）速率，可以推断中微子-核子截面。总之，无论截面的值如何，上行和水平速率都确保了健康的总事件速率。
Propagation of ultrahigh energy cosmic rays and compact sources
高能（>10^{20} eV）宇宙射线（UHECR）的聚集表明它们可能是由致密源发射的。统计分析（Dubovsky等人，2000）估计了源密度。我们扩展了他们的分析，也给出了使用a的源密度的置信区间（CI）。没有关于聚集事件和非聚集事件之间的关系的假设; b.）源光度和能量的非平凡分布; c.）传播的能量依赖性。我们还确定了在距离r处产生的能量为E的质子到达地球的概率高于阈值E_c。利用该函数，对任何注入光谱只需一次数值积分即可确定观测光谱。观测到的14个10^{20} eV以上的UHECR事件中，有一个双峰，其源密度为180 ^{-165}^{+2730} \cdot 10^{-3} Mpc^{-3}（置信水平为68%）。
The IceCube experiment recently detected the first flux of high-energy neutrinos in excess of atmospheric backgrounds. We examine whether these neutrinos originate from within the same extragalactic sources as ultrahigh-energy cosmic rays. Starting from rather general assumptions about spectra and flavors, we find that producing a neutrino flux at the requisite level through pion photoproduction leads to a flux of protons well below the cosmic-ray data at ~10^18 eV, where the composition is light, unless pions/muons cool before decaying. This suggests a dominant class of accelerator that allow…
We investigate the observed muon deficit in air shower simulations when compared to ultrahigh-energy cosmic ray (UHECR) data. Based upon the observed enhancement of strangeness production in high-energy hadronic collisions reported by the ALICE Collaboration, the concomitant $π\leftrightarrow K$ swap is considered as the keystone to resolve the muon anomaly through its corresponding impact on the shower development. We construct a toy model in terms of the $π\leftrightarrow K$ swapping probability $F_s$. We present a parametrization of $F_s$ in terms of the pseudorapidity that can accommodate …
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