Do we observe fluctuation of cross section in cosmic rays ?
为了解释在宇宙线实验中观测到的一些明显的{ \it奇异事件}，需要在宇宙射线中引入一个深穿透的成分，而这又常常导致某些观测量的非指数分布。我们认为，这种意想不到的行为，一些宇宙射线数据可以最自然地解释归因于可能的波动的截面。
2011-08-22 astro-ph.HE hep-ph
Gluon Saturation Effects at the Nuclear Surface: Inelastic Cross Section of Proton-Nucleus at Ultra High Energy Cosmic Ray domain
考虑到核内QCD胶子分布的高能极限，我们用简化的偶极模型计算了质子-核总非弹性截面。我们表明，如果胶子饱和发生在核表面区域，质子-核碰撞的总截面增加更迅速地作为入射能量的函数相比，一个Glauber型的估计。我们讨论了这方面的影响，最近的超高能宇宙射线实验。
2010-03-10 astro-ph.HE hep-ph
A new evaluation of the antiproton production cross section for cosmic ray studies
目前对宇宙反质子光谱的理论预测达不到相应的实验精度。不确定性的主要来源之一是宇宙线非弹性相互作用中的反质子产生截面。我们分析了现有的数据反质子生产的$pp$散射，包括第一次由NA 49合作进行的测量。我们计算的反质子谱发现，在能量范围内的数据可用（反质子能量约4-550 GeV）不同的方法导致几乎相同的结果，与10- 20%的不确定性。在这个区域之外的外推导致不同的估计，不确定性达到$1$ TeV附近的50%水平，降低了这些能量下反质子通道的诊断能力。我们还评论的不确定性的反质子生产源项来自重于质子的核和中子产生的$pp$散射，并指出需要专门的实验活动的所有过程中涉及的反质子生产的轻核碰撞。
2018-07-26 astro-ph.HE hep-ph
A dark matter model that reconciles tensions between the cosmic-ray $e^\pm$ excess and the gamma-ray and CMB constraints
AMS-02观测到的宇宙射线（CR）$e^\pm$过剩可以用暗物质（DM）湮灭来解释。然而，DM的解释需要一个大的湮灭截面，这是强烈不赞成的其他观测，如费米-LAT伽玛射线观测矮星系和普朗克观测的宇宙微波背景（CMB）。此外，CR $e^\pm$过量所需的DM湮灭截面也太大，以至于不能用热生产产生正确的DM残余密度。在这项工作中，我们使用Breit-Wigner机制与速度相关的DM湮灭截面来调和这些紧张局势。如果DM粒子占CR $e^\pm$超过$v\sim \mathcal{O}(10^{-3})$是非常接近共振的物理极点的情况下，它们的湮灭截面在银河系中达到最大值。另一方面，相对速度较小的DM粒子在矮星系中和重组时的湮灭截面会受到抑制，这可能分别影响伽玛射线和CMB观测。我们找到了一个能同时解释AMS-02结果和热遗迹密度的合适的参数区域，同时满足Fermi-LAT和Planck约束。
2017-07-28 astro-ph.HE hep-ph
Can the Production Cross-Section Uncertainties Explain the Cosmic Fluorine Anomaly?
本文检验了截面不确定性能否解释宇宙射线氟硅比异常，发现现有截面模型无法解释该现象，并提出空间依赖扩散模型可一致解释硼碳比与氟硅比。
2022-09-08 astro-ph.HE hep-ph
Implications of current nuclear cross sections on secondary cosmic rays with the upcoming DRAGON2 code
由于新一代的实验，特别是AMS-02任务，目前对宇宙线通量的测量达到了前所未有的精确度。与此同时，银河系宇宙射线的传播模型也取得了重大进展。这些模型包括几个传播参数，这些参数通常是从次级宇宙线与初级宇宙射线的比率推断出来的，并且取决于描述各种宇宙线核之间碰撞的截面。目前，我们对宇宙射线相互作用发生的能量范围内的这些截面的了解是有限的，这是次级宇宙射线核通量预测的不确定性的来源。在这项工作中，我们研究的影响的截面不确定性的轻次级核（Li，Be，B）的通量使用即将到来的{ \tt DRAGON 2}代码的初步版本。我们首先提出了一个详细的比较，通过实施不同的参数化网络的spectrometry截面计算的二次通量。然后，我们首次提出使用二次宇宙射线通量比作为一种工具来调查的截面模型的一致性，并提供洞察力的整体不确定性来自截面参数化。我们发现，从截面数据推断的不确定性足以解释的差异，在被和锂通量相对于AMS-02的数据，没有必要的主要组成部分，在他们的光谱。此外，我们表明，B，Be和Li的通量可以同时再现通过重新调整其截面内的实验不确定性。最后，我们还重新讨论了扩散估计的晕大小，获得良好的协议与以前的作品和最新的截面参数化$6.8 \pm 1$ kpc的最佳拟合值。
2021-04-07 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Constraints on cosmic-ray boosted dark matter with realistic cross section
本文研究宇宙线加速亚MeV暗物质机制，在含额外U(1)'规范对称性的模型中利用XENONnT和LUX-ZEPLIN等直接探测实验显著改善低质量暗物质排除极限，并系统考虑地球屏蔽效应。
2024-07-19 astro-ph.HE hep-ph
Comment on arXiv:1408.0288v2 [hep-ph] and Phys. Rev. D 90, 085017 (2014), "A new evaluation of the antiproton production cross section for cosmic ray studies", Mattia di Mauro et al
这篇关于反质子产生的论文包含两个错误：一个是报告的一个拟合参数值的错误，另一个是单位的错误。如果可能的话，我会给出错误和校正值。
2018-07-16 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Fragmentation cross-sections and model uncertainties in Cosmic Ray propagation physics
AMS实验正在高精度地测量宇宙射线核的丰度和能谱。这些观测可以为银河系宇宙射线的传播模型提供严格的约束。鉴于这些数据的发布，我对与宇宙射线中Li-Be-B核二次产生的截面相关的模型不确定性进行了评估。我讨论的截面的不确定性的硼碳和铍硼比的计算中的作用，以及它们的影响，在宇宙射线输运参数的测定。
2015-10-30 astro-ph.HE
Fitting B/C cosmic-ray data in the AMS-02 era: A cookbook
国际空间站上的AMS-02一直在发布前所未有的准确数据。这对它们的解释提出了新的挑战。我们改进的方法，得到一个统计上合理的宇宙射线传播参数的测定。我们检查了模型计算的数值精度，核截面的不确定性，以及数据系统误差中的能量相关性。我们使用USINE中的一维扩散模型。我们的$χ^2$分析包括AMS-02系统误差和干扰参数的协方差矩阵，以考虑横截面的不确定性。模拟数据被用来验证我们的一些选择。我们发现，任何错误的建模核截面值或能量相关长度的协方差矩阵的误差偏差的分析。它还使良好模型（$χ^2_{\rm min}/{\rm dof}\approx1$）显示为已排除（$χ^2_{\rm min}/{\rm dof}\gg1$）。我们提供了一个框架，以减轻这些影响（AMS-02数据在配套文件中解释）。新的生产截面数据和AMS-02协作组公布每个数据集的误差协方差矩阵，将是朝着公正看待宇宙射线在银河系中传播迈出的重要一步。
2019-09-02 astro-ph.HE hep-ph
Production cross sections of cosmic antiprotons in the light of new data from the NA61 and LHCb experiments
利用星载粒子谱仪AMS-02高精度地测量了反质子的宇宙线通量，对它的解释需要正确描述银河系中反质子的主要产生过程，即宇宙线质子和氦与星际介质的相互作用。根据$p + p \rightarrow \bar{p} + X$的NA 61实验和LHCb实验对$p + \mathrm{He} \rightarrow \bar{p} + X$的首次测量，我们更新了质子-质子和质子-核子截面的参数化，发现LHCb的$p$ He数据在高能时限制了截面的形状，并首次显示了$pp$通道的重新标度对氦靶的适用性.利用$pp$、$p$ He和$p$ C数据，我们估计了$p + \mathrm{He} \rightarrow \bar{p} + X$的洛伦兹不变截面的不确定度。我们使用这些新的截面来计算所有的生产渠道的源项，考虑也比他在宇宙射线和星际介质重的核。总源项的不确定性是在$\pm20$ %的水平和略低于5 GeV的反质子能量增加。这种不确定性主要由$p+p \rightarrow \bar{p} + X$截面决定，因为我们使用$pp$截面推导出所有通道，所以$p+p \rightarrow \bar{p} + X$截面转化为所有通道。计算所有相关宇宙射线同位素源谱的截面见补充材料。最后，我们量化的必要性，新的数据的反质子产生的截面，并钉的运动学参数空间，应涵盖未来的数据。
2018-06-04 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Production of antimatter nuclei in Galactic cosmic rays
宇宙射线（CR）中的反物质核是间接探测暗物质湮灭特征的一种很有前途的工具。然而，在CRs中寻找新的物理信号依赖于我们对天体物理学反物质背景的了解，而这反过来又严重依赖于调节星际介质中反粒子产生和破坏的几个碎裂截面。在这项工作中，我们已经重新评估的天体物理背景的CR反质子，反中子，反氦核在银河系CR使用改进的计算。使用最新的计算，利用最近的加速器数据的生产截面的单个反核子的约束。反氘和反氦核的生产计算使用一个改进的模型的核合并，占反中子和反质子生产的不对称性。我们讨论了横截面引起的不确定性，并表明它们是占主导地位的天体物理起源的其他不确定性相比。
2018-07-27 astro-ph.HE hep-ph
Detection of spectral hardenings in cosmic-ray boron-to-carbon and boron-to-oxygen flux ratios with DAMPE
宇宙射线（CR）中的硼核被认为主要是由较重的核（如碳和氧）通过与星际物质碰撞而碎裂产生的。因此，硼碳流量比（B/C）和硼氧流量比（B/O）是CR传播的非常必要的探针。从以前的气球和空间实验的B/C比的能量依赖性可以很好地描述一个单一的幂律高达约1 TeV/n的不确定性。这项工作报告了直接测量的B/C和B/O的能量范围从10 GeV/n到5.6 TeV/n与6年的数据收集的暗物质粒子探测器，具有较高的统计和良好的控制系统的不确定性。B/C和B/O比的能量依赖性可以很好地拟合由一个破碎的幂律模型，而不是一个单一的幂律模型，这表明在两个通量比的光谱硬化在约100 GeV/n的存在。对于B/C和B/O，对于GEANT 4模拟，中断的重要性约为$5.6σ$和$6.9σ$，对于备选FLUKA模拟，中断的重要性约为$4.4σ$和$6.9σ$。这些结果偏离了传统的星际介质湍流理论的预测，指出了不同尺度下星际介质湍流性质的变化或新的CR传播效应，应该适当地纳入反物质粒子间接探测暗物质的研究中。
2022-11-16 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Measuring chemical composition and particle cross-section of ultra-high energy cosmic rays by a ground radio array
提出了一种利用射电数据测量超高能宇宙射线化学成分和粒子截面的方法。我们涉及的无线电足迹在地面上的广泛的空气簇射最大的深度的几何形状。我们建议使用无线电信号的频谱信息，以改善簇射最大重建的最小数量的天线在地面上。
2013-12-02 astro-ph.HE
Can A Higgs Portal Dark Matter be Compatible with the Anti-proton Cosmic-ray?
最近对暗物质（DM）、CoGeNT和DAMA的直接探测实验暗示了几个GeV的轻DM。这样的光DM将产生大量的反质子，因为对来自DM湮灭的反质子通量的抑制是无效的。我们讨论了质量为5-15 GeV的轻暗物质是否与宇宙线中的反质子相容，这一点特别有利于CoGeNT最近报道的实验。由于直接探测到了狄拉克暗粒子，而且在宇宙射线中没有反质子过剩，我们证明了狄拉克暗粒子比标量暗粒子更有利，因为狄拉克暗粒子的湮灭截面没有s波。通过附加的光希格斯交换可以获得用于直接探测的大弹性截面。我们给出了一个同时满足DM残余密度、CoGeNT支持的弹性截面和LEP对光希格斯玻色子的H_L-Z耦合的约束的允许区域。
2012-06-05 astro-ph.HE hep-ph
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
Cosmic ray knee and new physics at the TeV scale
我们分析了宇宙射线膝关节出现在能量阈值的质子-暗物质截面变大，由于新的TeV物理的可能性。它已经表明，这种相互作用可以打破质子，并产生一个弥漫的伽马射线通量与MILAGRO观测一致。我们认为，这一假设意味着膝盖的规模与原子质量为不同的核，KASKADE数据似乎表明。我们发现，为了解释通量中谱指数从E^{-2.7}到E^{-3.1}的变化，截面必须在膝盖以上像E^{0.4+β}那样增长，其中β=0.3-0.6参数化了到达地球的宇宙射线的年龄（τ \propto E^{-β}）的能量依赖性。该假说还需要mbarn的截面（可以用TeV的引力来模拟）和大密度的暗物质（可以聚集在宇宙射线的来源周围）。我们认为中微子在E=（m_x/m_p）E_{knee} \approx 10^8 GeV时也会表现出一个阈值，在这个阈值处它们与核子的相互作用变得很强。因此，在ICECUBE或ANITA观测到超过这个阈值的标准中微子事件将反驳这种情况。
2009-06-19 astro-ph.HE hep-ph
Cosmic-ray antiprotons in the AMS-02 era: A sensitive probe of dark matter
宇宙射线反质子是天体粒子物理学的有力工具。虽然大量测量的反质子与次级起源一致，但AMS-02实验的精确数据为我们提供了令人鼓舞的前景，以寻找次主导的主要成分，例如来自暗物质。在这篇简短的评论中，我们讨论了最近的限制重暗物质，以及一个试探性的信号，从湮灭的暗物质与质量$\lesssim 100$ GeV。我们强调的特殊作用的系统误差，可以影响信号。特别是，我们讨论了最近的进展，在AMS-02数据中的次级生产截面和相关误差的建模，主要来源于探测器中的宇宙射线吸收的截面的不确定性。
2021-02-28 astro-ph.HE hep-ph
BGO quenching effect on spectral measurements of cosmic-ray nuclei in DAMPE experiment
本文通过多种模型刻画DAMPE实验中BGO量能器的淬灭因子，并基于GEANT4和FLUKA模拟研究其对不同宇宙线核素能量测量的影响，发现该效应在低能段导致能量低估，修正后低能通量测量值提高。
2023-07-24 astro-ph.HE hep-ex physics.ins-det
Impact of a nearby subhalo on the constraint of dark matter annihilation from cosmic ray antiprotons
本文通过分析宇宙线反质子能谱，定量评估邻近子暗晕对暗物质湮灭截面限值的影响，并发现AMS-02反质子数据未限制该子暗晕在约1.4 TeV处的贡献。
2023-09-19 astro-ph.HE hep-ph
Cosmic Ray Antiprotons at High Energies
宇宙线反质子是探测银河系中暗物质湮灭的有力工具。然而，这个重要通道的灵敏度被次级反质子背景中相当大的不确定性所稀释。在这项工作中，我们改进了次级反质子产生的计算，特别侧重于高能量区。我们采用最新的对撞机数据，并确定了反质子截面的能量大幅增加。这种增加是由违反费曼标度以及增强的奇异超子产生驱动的。最新的反质子产生截面公开提供，可独立用于宇宙射线研究。此外，我们还提供了AMS-02实验的截面不确定度的相关矩阵。在高能量下，新的截面提高了AMS-02数据与宇宙射线中反质子的纯次级起源的兼容性。
2017-01-17 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Scrutinizing the evidence for dark matter in cosmic-ray antiprotons
AMS-02测量的初级和次级宇宙线（CR）通量的全球拟合对于研究CR传播模型和寻找反物质（如湮灭暗物质（DM））的奇异源具有巨大的潜力。以前对AMS-02反质子的研究揭示了DM信号的可能暗示，然而，这可能受到系统不确定性的影响。为了测试这种DM信号的鲁棒性，在这项工作中，我们系统地研究了两个重要的不确定性来源：计算次级反质子源谱所需的反质子产生截面和实验数据中的潜在相关性，AMS-02协作组迄今尚未提供。为了研究截面不确定性的影响，我们进行CR谱的全局拟合，包括从核截面测量确定的协方差矩阵。作为一种替代方法，我们对CR和横截面数据进行联合拟合。这两种方法同意，并表明，横截面的不确定性有一个小的影响，CR拟合和潜在的DM信号的意义上，我们发现是在$3σ$的水平。数据中的相关性可能会产生更大的影响。为了说明这种效果，我们确定可能的基准模型的相关性在数据驱动的方法。相关性的包含强烈地改进了对传播模型的约束，并且此外，将DM信号的重要性提高到高于$5σ$。我们的分析证明了提供实验数据的协方差的重要性，这是充分利用其潜力所必需的。
2019-06-13 astro-ph.HE hep-ph
Hadron Generator and Atmospheric Seasonal Variation Influence on Cosmic Ray Ionization computed with CORSIKA Code
近年来，宇宙线大气电离物理模型的发展取得了重要进展。基本上，模型是全目标的，即基于大气中电磁-μ子-核子级联的蒙特卡罗模拟。一般来说，质子核在这些模型中的贡献是突出的，即初级宇宙射线$α$ -粒子和重核被忽略或缩放到质子。宇宙线大气级联的发展对初级宇宙线粒子的能量和质量十分敏感。在地球大气层级联的蒙特卡罗模拟中，最大的不确定性是由于假设的强子相互作用模型，即所谓的强子发生器。在本文的工作中，我们比较了初级宇宙线核，如质子，$α$ -粒子，氧和铁核的电离产额函数$Y$，假设不同的强子相互作用模型。计算采用CORSIKA 6.9程序，使用GHEISHA 2002，FLUKA 2011，UrQMD强子发生器（能量低于80 GeV/核子）和QGSJET II强子发生器（能量高于80 GeV/核子）。强子发生器之间观察到的差异被广泛讨论。研究了不同大气参数化，即美国标准大气、美国标准大气冬、夏季廓线对离子产生率的影响。假设真实的初级宇宙射线质量组成，离子产生率是在几个刚性截止-从1 GV（高纬度）到15 GV（赤道纬度）使用各种强子发生器。计算结果与实验数据进行了比较。最后给出了强子发生器一致性的结论。
2014-09-26 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.IM
Exclusion limits on Dark Matter-Neutrino Scattering Cross-section
利用暗物质（DM）粒子与宇宙射线电子和弥散超新星中微子背景（DSNB）散射所产生的动能增益，推导了暗物质-电子截面（$σ_{χe}$）和暗物质-中微子截面（$σ_{χν}$）组合的新约束.由于在$\sim 1\,{\rm MeV} - 50 \,{\rm MeV}$能量范围内，DSNB中微子的通量与CR电子通量相当，因此除了与宇宙射线电子相互作用引起的增强之外，DSNB中微子的散射还可以显著增强低质量DM。我们使用XENON 1 T以及Super-Kamiokande数据来推导$σ_{χe}$和$σ_{χν}$的界限。虽然我们的界限$σ_{χe}$与那些在文献中，我们表明，超级神冈实验提供了最强的约束$σ_{χν}$ DM群众低于几兆电子伏。
2022-05-27 astro-ph.HE hep-ph
First calculation of cosmic-ray muon spallation backgrounds for MeV astrophysical neutrino signals in Super-Kamiokande
当μ子穿过物质时，它们的能量损失会导致核分裂（spiration）过程。宇宙线μ子产生的不稳定子核的延迟衰变是低能天体物理中微子实验的重要背景，那些寻求探测太阳中微子或漫射超新星中微子背景（DSNB）信号的人。尽管Super-Kamiokande具有较强的总体削减来减少这些剥离诱导的背景，但特定信号在额外削减之前的剩余速率远大于约6 - 18 MeV的动能的信号速率。令人惊讶的是，没有公开的计算这些背景在水中的生产和性能，虽然有这样的研究闪烁体。使用模拟代码FLUKA和理论见解，我们详细介绍了μ子如何在水中失去能量，产生次级粒子，这些次级粒子如何以及在何处产生同位素，以及它们衰变的背景特性。我们再现超级神冈测量的总背景的2倍内，这是很好的考虑到同位素产量的数量级不同，实验的一些细节是未知的，我们在这个水平。我们的研究结果打破了聚合数据的组成同位素，揭示了它们各自的生产机制，并保持它们之间的相关性。我们概述了如何使用这些信息实现更有效的背景抑制技术。减少太阳能和DSNB研究的背景，即使是几个因素，也有助于导致重要的新发现。
2014-04-13 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Combined analyses of the antiproton production from cosmic-ray interactions and its possible dark matter origin
最近的宇宙射线（CR）研究声称，在$10$ GeV附近，反质子通量可能超过预测的模型，这可能是暗物质湮灭成强子终态，随后形成反质子的标志。然而，这种过剩是受许多不确定性有关的评估产生的反质子光谱从空间相互作用的CRs。在这项工作中，我们实现了一个联合马尔可夫链蒙特卡罗分析的次级比的B，Be和Li和反质子比（$\bar{p}/p$），同时还包括滋扰参数，以考虑相关的不确定性的空间截面。这项研究使我们能够限制星系晕的高度和其余的传播参数，评估截面的不确定性的影响，在确定的反质子光谱和测试的起源过量的反质子。通过这种方式，我们提供了一组传播参数和比例因子，用于重新归一化截面参数化，使我们能够同时再现B，Be，Li和$\bar{p}$的所有比率。我们表明，能量依赖的$\bar{p}/p$比是兼容的纯二级起源。我们发现，能量依赖性的评估$\bar{p}/p$频谱匹配AMS-02数据在能量以上的$\sim3$ GeV，虽然仍然有一个几乎恒定的$\sim10\%$超过我们的预测$\bar{p}$。我们讨论，这种差异更有可能解释从$\sim10\%$缩放的横截面的反质子生产，而不是一个组成部分的暗物质导致反质子。特别是，我们发现，最适合的WIMP质量（$\sim 300$ GeV）需要解释的差异在于以上的限制，从大多数间接搜索的暗物质和所得的拟合是较差的比截面缩放。
2021-07-14 astro-ph.HE hep-ph
The ultra-high-energy neutrino-nucleon cross section: measurement forecasts for an era of cosmic EeV-neutrino discovery
中微子与质子和中子的相互作用探测了它们的深层结构，并可能揭示新的物理学。中微子能量越高，探测器就越锋利。到目前为止，中微子-核子（$νN$）截面已知的中微子能量范围从几百MeV到几PeV。很快，能量超过100 PeV的超高能（UHE）宇宙中微子就可以带我们走得更远。到目前为止，它们还没有被发现，但即将到来的UHE中微子望远镜将努力找到它们。我们提出了UHE $νN$截面的第一个详细测量预测，面向IceCube-Gen 2，计划中的领先探测器之一。我们在预测的每个阶段都使用了最先进的成分：在UHE中微子通量预测中，中微子在地球内部的传播，探测器中中微子诱导的无线电信号的发射，它们的传播和检测，以及背景的处理。10年后，如果探测到至少几十个UHE中微子引发的事件，IceCube-Gen 2可以首次测量质量中心能量为$\sqrt{s} \approx 10-100$ TeV的$νN$截面，其精度与理论预测相当。
2022-12-08 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Sensitivity to primary composition and hadronic models from average shape of high energy cosmic ray shower profiles
宇宙簇射剖面的概念被用来描述高能宇宙射线的平均行为。形状变量包含有关构图的重要信息。它们独立于主截面的结构，但受其他强子参数的影响，如多重性。这两个变量提供了样本的平均核质量，它们的相容性可以作为强子模型的检验。
2012-09-26 astro-ph.HE hep-ph
Probing strong dynamics with cosmic neutrinos
冰立方观测到了80个能量范围为0.02 < E_v/PeV < 2的天体物理中微子候选者。这些中微子与核子在南极冰盖上的深度非弹性散射探测质心能量为$\sqrt{s} \sim$ 1 TeV。通过比较两类可观测事件的速率，任何偏离基准（微扰QCD）中微子-核子截面的情况都可以得到约束。利用南极下一代中微子望远镜的设计灵敏度，我们表明，该设施将提供一个独特的探测强相互作用动力学。特别是，我们证明了在不久的将来，由IceCube-Gen 2记录的高能量高统计数据样本将提供在$\sqrt{s} \sim 1$ TeV的中微子-核子截面的直接测量，其精度与HERA数据提供的微扰QCD相当。我们还使用IceCube数据提取中微子核子截面在$\sqrt{s} \sim 1$ TeV通过似然分析，考虑（第一次）的充电电流和中性电流的贡献作为自由参数的似然函数。
2019-10-02 astro-ph.HE hep-ph
High-Energy Neutrinos from Cosmic-Ray Scatterings with Supernova Neutrinos
Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）；Institute of Science Tokyo（东京科学大学）；The University of Tokyo（东京大学）
研究宇宙射线与超新星中微子散射产生高能中微子的机制，通过计算其通量，利用合理天体物理条件及新物理增强的截面，用中微子望远镜对超高能质子 - 中微子截面设置新约束。
2026-07-27 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Proton-Air Cross Section and Composition of Ultra High Energy Cosmic Rays Observed by Telescope Array
超高能宇宙射线（UHECR）提供了一种自然的粒子源，其能量超过了实验室中可以获得的能量。已经观察到能量超过$10^{20}$ eV的UHECR，其在动量中心框架中相当于433 TeV。利用这种天然的粒子来源，物理学家可以将$pp$截面的测量扩展到实验室中可实现的数量级以上，可能会发现新物理学的线索。质子-空气截面和UHECR QCD物理学的其他性质对于UHECR的来源和组成的研究本身也很重要，但是在这些能量下的强子模型仍然依赖于基于地面加速器数据的唯象和理论外推。UHECR数据可以用来改善质子-空气截面的这些外推，但其他强子模型参数仍然存在很大的不确定性。利用混合观测模式下收集到的高质量$X_{\mathrm{max}}$数据，利用望远镜阵列测量了$\sqrt{s} = 95$ TeV质子-空气非弹性截面。该测量还用于推断总质子-质子截面。
2017-11-02 astro-ph.HE
Fragmentation Cross Sections for the Understanding of Cosmic-Ray Transport in the Galaxy: Results and Prospects from NA61/SHINE
NA61/SHINE 测量碳碎裂截面并推进高统计量核碎裂取数，以支持银河系宇宙线硼碳比及传输机制研究。
2025-10-20 astro-ph.HE
Probing Cosmic-Ray Accelerated Light Dark Matter with IceCube
通过粒子暗物质与核子的散射直接探测暗物质对理解暗物质的本质具有重要意义。在这项工作中，我们建议，高能量中微子探测器，如冰立方可以用来唯一探测的DM-核子截面的高能量DM的$\sim$ PeV，由高能宇宙射线的上散射。我们推导出的第一次强烈的约束DM核子截面下降到$\sim 10^{-32}$厘米$^2$在这个能量标度的子GeV DM候选人。因此，这种能量规模远远超过其他现有直接检测实验的独立探测可以提供与其他搜索互补的有用见解。
2020-10-23 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
What Does The PAMELA Antiproton Spectrum Tell Us About Dark Matter?
宇宙射线反质子谱的测量可以用来寻找湮灭暗物质的贡献，并限制暗物质湮灭截面。根据对宇宙射线在银河系中传播的假设，这种约束可能相当严格。我们重新审视这一主题，利用一套适合宇宙射线硼，碳，氧和铍数据的传播模型。我们推导出上限的暗物质湮灭截面，并发现当宇宙射线传播参数被视为滋扰参数（因为我们认为是适当的），所得到的限制是显着不那么严格比以前报道。我们还注意到（如前几组），简单的GALPROP类扩散再加速模型预测的宇宙射线反质子的光谱与PAMELA的观测结果在~5 GeV以上，但显着低估了在较低的能量通量。虽然在GeV级能量下模拟宇宙线传播的复杂性使得很难确定这种差异的起源，但我们认为过量的反质子可能是湮灭暗物质的结果。我们发现，这种过剩最适合于质量约为35 GeV、湮灭截面约为1 e-26 cm ^3/s（至b-bbar）的暗物质，这与先前在银河系中心观测到的产生伽马射线过剩所需的质量和截面非常一致。
2014-10-06 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
The spectra and composition of Ultra High Energy Cosmic Rays and the measurement of the proton-air cross section
极高能量宇宙线粒子在大气中产生的簇射的纵向发展的形状编码了关于通量的质量组成的信息，以及控制簇射发展的强子相互作用的性质。对皮埃尔·俄歇天文台测量的具有$E \gtrsim 10^{17.3}$ eV的簇射的最大分布深度的平均值和宽度的能量依赖性的研究表明，在与现有模型进行比较的基础上，宇宙射线通量的组成经历了一个非常重要的演变，首先变得更轻，然后迅速变重。这些结论如果得到证实，将对我们理解高能天体物理源产生深远而令人惊讶的影响。俄歇和望远镜阵列协作组利用对同一能量范围内最大分布深度形状的研究来测量质子在空气中的相互作用长度，这个量可以用来估计$\sqrt{s}$值远高于大型强子对撞机范围时的$pp$截面。在本文中，我们认为，它是可取的结合宇宙线的组成与那些旨在测量的$p$ -空气截面的研究。后者允许获得的通量，可以是解码的组成和它的能量依赖性的很大帮助的质子的分数的估计。考虑多个参数来表征最大分布深度的研究也提供了对用于描述高能簇射的模型的有效性进行更敏感测试的可能性。
2020-12-12 astro-ph.HE
Precision cross-sections for advancing cosmic-ray physics. Input to the 2026 ESPPU from the XSCRC community
本文指出宇宙线精确数据受核与强子截面不确定性限制，基于CERN研讨会成果，展示实验测量进展并规划未来路线图，以支撑暗物质与宇宙线研究及辐射防护等应用。
2025-03-28 astro-ph.HE hep-ex
Highest Energy Proton-Nucleus Cross Sections
用带“边”的“黑盘”来描述极高能量质子-质子截面，可以简单地推广到最高能量质子-原子核截面。这导致了前导$ln^2W$项和$ln\, W$项，其系数线性地依赖于核的半径（$W$为c.m.能源）。必要的参数由p-p数据拟合确定。由于$ln W$项的系数相当大，所以用加速器或宇宙射线中的可用能量能否达到$ln^2W$占优势的状态是值得怀疑的。然而，$ln W$项可能与大气中最高能量的宇宙射线有关，预计氮的截面会大幅增加。通过在p核对撞机上研究$ln W$的系数，应该可以检验这个理论。
2018-07-23 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
10 GeV dark matter candidates and cosmic-ray antiprotons
最近的测量与一些直接的暗物质探测实验，如CDMS-II和CoGENT（DAMA/LIBRA之后），已经揭示了一些事件与弱相互作用的大质量粒子兼容。优选的质量范围是大约10 GeV，具有相当大的$10^{-43}$ - $10^{-41}\,{\rm cm^2}$的自旋无关截面。在这篇论文中，我们回顾了一个轻的暗物质粒子与夸克的主要耦合也应该产生宇宙射线反质子。利用最近的工作限制银河系暗物质质量分布的一个方面，另一方面，宇宙射线的传播，我们指出，考虑这样的低质量候选人的热湮灭截面很可能导致在与当前的数据，这应该考虑到在后续的研究中，在紧张的反质子通量。
2010-11-03 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
On the Impact of Dark Matter Scattering on the Trajectory of High-Energy Cosmic Rays
本文研究了暗物质散射对高能宇宙射线质子轨迹的影响，计算了散射角与宇宙射线能量、暗物质质量和相互作用强度的关系，发现偏转角与暗物质质量基本无关，且在特定条件下远大于Pierre Auger等观测站的角分辨率。
2024-05-04 astro-ph.HE
Implications of BBN Bounds for Cosmic Ray Upscattered Dark Matter
我们考虑大爆炸核合成（BBN）的限制轻暗物质的截面的核子是足够大，使加速散射的宇宙射线在本地星系。这种加速的DM然后可以在地面探测器中沉积能量。由于这个信号涉及到质量为~ keV - 100 MeV的DM，并且在相对论运动学体系中需要大于10^-31 cm ^2的大截面，我们发现，在这种情况下，DM粒子数一般与早期宇宙中的标准模型粒子平衡。对于足够低的DM质量< 10 MeV，对应于许多宇宙射线上散射研究的有利区域的大部分，这种平衡的DM人口增加了一个额外的组件的相对论能量密度周围T ~几MeV，从而破坏了BBN的成功预测。在剩余的~ 10-100 MeV质量范围内，这种情况下所需的大耦合要么目前被排除在外，要么在目前或未来基于加速器的搜索范围内。
2019-07-31 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Cosmic horizon for GeV sources and photon-photon scattering
Zdziarski & Svensson（1989）和Svensson & Zdziarski（1990）用总截面的低能近似研究了γ射线在宇宙微波背景上的光子-光子散射。在这里，由于光子-光子散射的宇宙视界是准确地确定使用确切的截面，我们发现，光子-光子散射占主导地位的对生产的能量小于1.68 GeV，红移大于180。
2018-01-08 astro-ph.CO astro-ph.HE
Inelastic proton-air cross section at 0.2 TeV-10 PeV
本文比较了天山复合体天线阵在0.5-10 PeV初级宇宙射线作用下大范围空气簇射不同分量的实验数据和各种宇宙射线与大气相互作用计算模型的结果。本文对质子-空气截面σ p-空气非弹性截面随能量的增长作了总结，从0.2TeV（固定靶加速器实验）到10 PeV（宇宙射线）。分析表明，每增加一阶能量，增幅为（7-9）%。这相当于σ p-空气（1 PeV）= 350 mb。这些数据更好地对应于新的QGSJET-II-04版本的相互作用模型的基础上，最近的LHC结果。与QGSJET-II和其他一些模型相比，该模型更好地预测了截面的缓慢上升。
2015-06-13 astro-ph.HE nucl-ex
Cosmic-Ray Positrons Strongly Constrain Leptophilic Dark Matter
宇宙射线正电子一直被认为是暗物质湮灭的有力探测器。特别是，无数关于正电子分数意外上升的研究一直在争论它的暗物质或脉冲星起源。在本文中，我们反而研究了AMS-02探测硬亲轻子暗物质候选者的非常精确的正电子测量的潜力，这些候选者不具有与所观察到的大部分正电子过剩相似的光谱特征。利用一个详细的宇宙射线传播模型，其中包括一个主要的正电子通量产生的银河系恒星，除了由氦和质子测量约束的二次组件，我们产生了一个强大的适合当地的正电子通量和光谱。我们没有发现与亲轻子暗物质相关的光谱凸起的证据，并设置强约束的暗物质湮灭截面低于热湮灭截面的暗物质质量低于60 GeV和380 GeV的湮灭到$τ^+τ^-$和$e^+e^-$，分别在我们的默认模型。
2022-01-06 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
Supernova explosions of massive stars and cosmic rays
大多数观测到的宇宙射线粒子来自大质量恒星的爆炸，这些恒星通常在超新星爆炸中产生恒星黑洞。当两个这样的黑洞发现自己在一个紧密的双星系统中时，它们最终合并成一个巨大的引力波发射，这一事件现在已经被探测到。经过介绍（第一节）介绍了基本概念（第2节）：从有风的爆炸大质量恒星发出的宇宙射线总是同时显示出两种宇宙射线成分：（i）较弱的极冠分量仅由扩散冲击加速度产生，在拐点处截止，以及（ii）较强的$4 π$分量，在拐点处向下转向更陡的幂律谱，最后在脚踝处割了一刀在第3节中，我们使用阿尔法磁谱仪（AMS）的数据来区分这两个宇宙线光谱成分。随后的次级光谱可以解释反质子，低能量正电子和其他次级粒子。三重态对的产生可以解释高能正电子AMS数据。在第4节中，我们测试这个范例与注入理论的基础上的第一和第二电离势的组合效应，这再现了宇宙射线源丰度源材料丰度的比率。在第五节中，我们将星暴星系M82中的致密射电源41.9+58解释为最近的一个双黑洞合并，伴随着伽马射线暴。这也可以解释北方天空中的超高能宇宙线（UHECR）数据。因此，通过研究宇宙射线粒子、它们在膝能处的丰度以及它们的光谱，我们可以了解是什么驱动这些恒星产生所观察到的宇宙射线。
2018-03-28 astro-ph.GA astro-ph.HE
Tien Shan data on inelastic proton-air cross section at 10 PeV
在10 PeV的非弹性质子-空气截面的绝对值的新数据。根据与实验数据的比较，非弹性质子-空气截面的能量的增长作出了结论，得到了在天山复杂的阵列上的广泛的空气簇射的各种组件：强子，切伦科夫光和电子与大气中的宇宙射线相互作用的许多不同的计算模型。分析表明，从0.2 TeV（具有固定靶的加速器）到10 PeV（EAS宇宙射线），能量的每一个数量级的上升符合7- 9%。这相当于初级宇宙射线在1 PeV时的350 mb和在10 PeV时的380 mb。这些数据与QGSJET-II-04模型版本更一致。
2018-02-05 astro-ph.HE hep-ex
Interactions of Cosmic Rays in the Atmosphere: Growth Curves Revisited
气球上宇宙线丰度的测量受到气球上方剩余大气相互作用的影响。对这种相互作用的修正对于硼、反质子和正电子等稀有次级粒子的观测特别重要。如果大气中的相关截面是已知的，则可以计算这些修正，或者可以通过“生长曲线”的外推来经验地确定这些修正，即，e.作为大气深度的函数的单个粒子强度。增长曲线技术是特别有吸引力的长期气球飞行的周期性的每日高度变化允许相当精确的测定相应的粒子强度变化。我们确定从硼（Z=5）到铁（Z=26）的核的生长曲线，从2006年北极气球飞行的宇宙射线核的TRACER探测器的数据，我们比较的增长曲线与预测从公布的截面值。总体而言，观察到良好的一致性。然后，我们研究了硼/碳丰度比，并推导出一个简单的和能量无关的校正项，这个比例。我们强调，增长曲线技术可以进一步发展，以提供高度准确的测试公布的相互作用截面值。
2013-09-23 astro-ph.HE
Nonthermal processes and particle acceleration in supernova remnants
本章综述超新星遗迹通过扩散激波加速机制加速带电粒子的过程，探讨其作为银河系宇宙射线主要来源的可能性，并分析X射线与伽马射线观测对粒子加速特性的揭示。
2022-11-14 astro-ph.HE
Precision cross-sections for advancing cosmic-ray physics and other applications: a comprehensive programme for the next decade
本文梳理2024年第三届CERN宇宙线截面研讨会成果，针对GeV-TeV能段宇宙线研究的核反应截面数据缺口提出路线图，同时覆盖多相关领域的截面测量与代码改进需求，推动多学科协同。
2025-11-17 astro-ph.HE hep-ex nucl-ex
Evaluations of uncertainties in simulations of propagation of ultrahigh-energy cosmic-ray nuclei derived from microscopic nuclear models
本研究利用密度泛函理论的无规相位近似（RPA）计算光核反应截面，评估其在UHECR核传播模拟中带来的不确定性，发现相关差异可能超过能谱统计和观测数据的不确定性。
2023-05-25 astro-ph.HE nucl-th
Current status and desired accuracy of the isotopic production cross sections relevant to astrophysics of cosmic rays I. Li, Be, B, C, N
目前，AMS-02、PAMELA、CALET和ISS-CREAM等新一代宇宙线（CR）实验的精度在每个核子能量从GeV/n到几TeV/n的宽范围内已达到$\sim$ 1- 3\ %。他们的正确解释可能会导致新的物理学和微妙的影响的发现，这在十年前是不可想象的。然而，这样做的一个主要障碍是目前同位素生产截面的不确定性，在某些情况下可能高达20- 50%或甚至更大。虽然最近在天体物理学界达成了一个共识，即需要对截面进行新的测量，但还没有尝试评估特定反应通道的重要性及其所需的准确性。然而，很明显，这是一项巨大的工作，需要采取渐进的办法。本研究的目的是提供的同位素截面的排名，有助于生产最天体物理重要的CR锂，铍，硼，碳，氮物种。在本文中，我们（i）排名的反应通道的重要性，为生产的一个特定的同位素，（ii）提供比较图之间的模型和数据使用，和（iii）评估一个通用的光束时间必须达到3\%的精度，在生产截面相关的AMS-02实验。这第一个路线图可能成为规划新的测量活动的起点，这些活动可以在世界各地的几个核和/或粒子物理设施中进行。对其他同位素$Z\leq30$的综合评价将是后续研究的主题。
2018-03-13 astro-ph.HE hep-ex hep-th
$<X_{max}>$ Uncertainty from Extrapolation of Cosmic Ray Air Shower Parameters
最近在大型强子对撞机上对p-p总截面的测量减少了宇宙射线空气簇射模拟的不确定性。特别是淋浴的最大深度，称为$X_{max}$。然而，其他重要参数的不确定性，特别是高能量相互作用的多重性和弹性，没有得到改善，并且由于总的截面，仍然存在不确定性。由于从加速器数据外推，在最大能量$\sim$的p-p质心中的1 TeV，到250 TeV（宇宙射线质子的实验室框架中的$3\times10^{19}$ eV），在$<X_{max}>$的预测中引入了显著的不确定性。在本文中，我们估计这些不确定性的下限。结果表明，$<X_{max}>$中的不确定性大于该领域中使用的现代模型之间的差异。在LHC的全能量下，相当于宇宙射线实验室框架中的$\sim 1\times10^{17}$ eV，外推不是极端的，不确定性近似等于模型之间的差异。
2016-05-17 astro-ph.HE hep-ex
New Results from the Cosmic-Ray Program of the NA61/SHINE facility at the CERN SPS
在欧洲核子研究中心的SPS加速器上进行的NA 61/SHINE实验是研究固定靶能量下强子相互作用的独特设备。NA 61/SHINE收集的数据与宇宙射线物理学的广泛主题有关，包括超高能空气簇射和银河系中次级核和反粒子的产生。在这里，我们提出了在158和350 GeV/c的$π^-$ +C相互作用中产生的反质子的动量谱的测量的更新，并讨论它们的相关性的超高能宇宙射线发起的空气簇射中的介子的理解。此外，我们报告的第一个结果，从为期三天的试点运行，旨在调查我们的实验能力，以测量核碎裂截面的宇宙射线在银河系中的传播的理解。我们提出了一个初步的测量硼的生产截面在C+p相互作用在13.5 AGeV/C，并讨论了未来的数据采取提供全面和准确的反应数据库的核碎裂需要在银河系宇宙射线的高精度测量的时代的前景。
2019-09-16 astro-ph.HE nucl-ex
Current status and desired accuracy of the isotopic production cross-sections relevant to astrophysics of cosmic rays II. Fluorine to Silicon (and updated LiBeB)
本文扩展了宇宙射线核反应产生截面的排序至O到Si核（Z=8-14）并更新LiBeB结果，强调高精度核数据对确定天体物理量和暗物质搜寻的决定性作用。
2024-06-09 astro-ph.HE hep-ex nucl-ex
Particle Interactions in Matter at the Terascale: the Cosmic-Ray Experience
能量高达$3\times10^{20}$ eV的宇宙射线已经被观测到，能量超过1 PeV的天体物理中微子也被观测到。在这次演讲中，我将讨论一些独特的现象，发生时，与TeV能量及以上的粒子与物质相互作用。重点将放在轻子相互作用上。电子韧致辐射和光子对转换的横截面在高能量下受到朗道-波梅兰丘克-米格达尔（LPM）效应的抑制，延长了电磁簇射。在更高的能量下（高于$10^{20}$ eV），光核和电核相互作用占主导地位，簇射变成主要的强子。μ子的相互作用要弱得多，因此可以在失去能量之前通过固体进行长距离传输。τ轻子的行为类似，尽管它们的短寿命限制了它们能走多远。强子相互作用截面被认为会随着能量的增加而缓慢增加;宇宙射线空气簇射的测量支持了这一预测。
2012-12-03 astro-ph.HE nucl-ex physics.ins-det
