Production cross sections of gamma-rays, electrons, and positrons in p-p collisions
由于在p-p碰撞中产生的γ射线、电子和正电子的产生截面分别为$σ_{pp\rightarrow γ}$和$σ_{pp\rightarrow {e}^\pm}$，它们在运动学上与母介子产生截面$σ_{pp\rightarrow π}$是等价的，因此我们直接从$σ_{pp\rightarrow γ}$上的机器数据得到$σ_{pp\rightarrow {e}^\pm}$。在Sato等人（2012）中，我们给出了$σ_{pp\rightarrow γ}$，很好地再现了LHC加速器的数据，即对于入射质子能量，$σ_{pp\rightarrow {e}^\pm}$在GeV到20 μ PeV的宽能量范围内是足够适用的。详细讨论了截面之间的关系，并明确给出了适用于PeV电子能量的$σ_{pp\rightarrow {e}^\pm}$。
2014-02-27 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
Determination of the proton-to-helium ratio in cosmic rays at ultra-high energies from the tail of the $X_{\rm max}$ distribution
本文提出了一种测量超高能宇宙射线中质子氦比的方法。它利用指数斜率，$Λ$，由空气淋浴实验测量的$X_{\rm max}$分布的尾部。该方法是相当强大的不确定性建模强子相互作用和系统误差的$X_{\rm max}$和能量，并可能存在的主要核比氦重。用空气簇射实验获得质子与氦的比率将是一项了不起的成就。为了量化的质量组成分析，尽管强子的不确定性，我们引入作为一个度量的“分析指标”的一个特定的质量敏感变量的适用性，并找到一个改进的性能相比，目前在文献中使用的其他变量的$Λ$方法。在$X_{\rm max}$分布的尾部中的事件的分数可以提供关于在初级束中比氦重的原子核的存在的附加信息。
2016-10-19 astro-ph.HE
Composition determination of cosmic rays from the muon content of the showers
超高能宇宙射线的起源和性质仍然是一个谜。然而，由于皮埃尔俄歇天文台和望远镜阵列的观测，近年来取得了很大进展。特别是，人们认为，作为能量的函数的宇宙射线的成分信息可以在理解其起源方面发挥重要作用。大范围空气簇射的μ子含量和簇射最大值的大气深度是主要质量组成的最佳指标。在这项工作中，我们考虑了一个极大似然的方法来进行质量组成分析的基础上测量的μ子地下μ子探测器的数量。分析是基于数值模拟的阵雨。探测器引入的效应和用于重建实验数据的方法也通过使用模拟淋浴的信息作为输入的专用模拟来考虑。为了说明该方法的使用，我们考虑AMIGA（俄歇μ子和填充地面阵列），皮埃尔俄歇天文台的低能量扩展，直接测量广泛的空气簇射的μ子含量。我们还详细研究了使用不同的高能强子相互作用模型的组成分析的影响。据发现，百分之几的预测μ子的数量之间的差异有显着的组成确定的影响。
2020-10-01 astro-ph.HE
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
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
New determination of the neutrino hadronic production cross sections from GeV to beyond PeV energies
Princeton University（普林斯顿大学）；Columbia University（哥伦比亚大学）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare（意大利国家核物理研究所）；University of Torino（都灵大学）
本文提出了一种新的方法，用于确定从GeV到超过PeV能量范围的中微子核子生产截面，通过解析描述洛伦兹不变截面并拟合加速器数据，提供了精确的截面计算和预测。
2026-02-03 astro-ph.HE hep-ph
First Limits on the Dark Matter Cross Section with the HAWC Observatory
高海拔水切伦科夫伽马射线观测站是一个对100 GeV - 100 TeV伽马射线和宇宙射线敏感的宽视场观测站。HAWC天文台还对各种间接寻找暗物质湮灭的方法很敏感，包括来自扩展的暗物质源的湮灭、来自暗物质湮灭的弥散伽马射线发射以及来自不发光的暗物质晕的伽马射线发射。矮球状星系是间接探测暗物质最有希望的一类天体。预计这些天体的伽马射线来源很少，但暗物质含量很高，使它们成为用伽马射线间接探测暗物质的理想候选者。在这里，我们提出的湮灭截面的HAWC视野内的14个矮球状星系的独立限制，以及他们的组合限制。这些是使用HAWC收集的数据对湮没截面的第一个限制。
2015-10-30 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
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
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
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
Determination of the Cosmic-Ray Chemical Composition: Open Issues and Prospects
宇宙射线是从太空到达地球的相对论粒子。尽管在实验和理论研究方面都做了很大的努力，但它们的起源仍然是未知的。了解其性质的主要关键之一是确定其化学成分作为一次能源的函数。在本文中，我们回顾了$10^{15}$ eV以上的质量组成的测量。我们首先总结了空气簇射物理学的主要方面，是相关的成分分析。我们讨论的组成测量使用光学，无线电和表面探测器和目前的高能强子相互作用模型，用于解释实验数据的限制。我们还回顾了在不同的实验中进行的光子和中微子搜索，除了对理解宇宙射线的性质很重要之外，还可以提供有关最高能量通量中重元素或轻元素丰度的相关信息。最后，我们总结了目前正在计划或正在开发的未来组成测量。
2022-12-22 astro-ph.HE
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
Detection of the 4.4-MeV gamma rays from $^{16}$O($ν, ν^{\prime}$)$^{16}$O(12.97 ${\rm MeV}, 2^-)$ with a water-Cherenkov detector in the supernova neutrino bursts
本文首先利用电子非弹性散射数据讨论并确定了$^{16}$ O核的两个$2^-$态（12.53 MeV和12.97 MeV）的同位旋混合。然后我们计算了在100 MeV以下的低能水切伦科夫探测器中中微子中性流反应$^{16}$ O（$ν, ν^{\prime}$）$^{16}$ O（$(12.97 {\rm MeV}, 2^-$）产生的4.4 MeV $γ$射线的截面。用水切伦科夫探测器探测超新星中微子爆发中NC反应$^{16}$ O（$ν, ν^{\prime}$）$^{16}$ O（$(E_x>16\ {\rm MeV}, T=1$）产生的MeV的$γ$射线，已被几位作者提出并讨论过。在这篇文章中，我们讨论了一个新的NC反应通道，从$^{16}$ O（12.97 ${\rm MeV}, 2^-$）产生4.4-MeV的$γ$射线，其截面更强大，甚至更大的低能量（$E_ν<25$ MeV）比NC截面从$^{16}$ O（$(E_x>16\ {\rm MeV}, T=1$）。我们还评估了由超新星爆炸的中微子引起的此类事件的数量，这些事件可以被地球上的32千吨水切伦科夫探测器Super-Kamiokande观测到。
2022-12-07 astro-ph.HE hep-ph nucl-th
Inverse problem for extragalactic transport of ultra-high energy cosmic rays
超高能宇宙射线在充满背景辐射的膨胀宇宙中传播过程中，其能谱和成分是不断变化的。我们开发了一个数值代码的宇宙线输运方程的反问题的解决方案，可以确定平均源谱的不同的核在地球上观测到的宇宙线光谱。采用这种方法，质子和铁原子核的注入谱在河外源被发现，假设只有这些物种在源加速。利用俄歇实验数据和望远镜阵列+ HiRes实验的组合数据对该方法进行了说明。
2015-03-16 astro-ph.HE
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
Robust Constraints on Dark Matter Annihilation into Gamma Rays and Charged Particles
利用银河系、仙女座星系（M31）和宇宙背景观测的伽马射线数据，我们计算了在宽范围的暗物质质量下，暗物质自湮灭截面到一些最终状态的保守上限。我们首先约束湮灭一对单能伽马射线，并表明，在一般情况下，我们的结果是不变的更广泛的湮灭谱，如果至少有几个伽马射线产生的能量在几个因素的暗物质质量。然后，我们把约束的自湮灭截面的电子-正电子对，使用伽马射线产生的内部韧致辐射校正。我们还对其他带电轻子的湮灭施加了限制。我们保守的假设，天体物理的输入，并证明我们的推导出的界限将得到加强，如果更强的假设，这些输入。
2009-08-28 astro-ph.GA astro-ph.HE
A composition dependent energy scale and the determination of the cosmic ray primary mass in the ankle region
关于超高能宇宙射线的起源，目前仍有几个悬而未决的问题。然而，近年来由于皮埃尔俄歇天文台和望远镜阵列等当代地面探测器收集的数据，这一领域取得了很大进展。特别是，人们认为，作为能量函数的宇宙射线的组成的研究可以为理解宇宙射线的起源发挥根本作用。属于这一代的天文台由表面探测器阵列和荧光望远镜组成。荧光望远镜的占空比约为10%，而表面探测器的占空比约为100%。因此，通过使用从由两种类型的探测器同时观测到的一组高质量事件获得的校准曲线来执行由表面探测器观测到的事件的能量校准。这种方法的优点是，由表面探测器观察到的事件的重建能量变得几乎与簇射的模拟无关，因为从荧光望远镜获得的重建能量中只有一小部分来自模拟。然而，以这种方式获得的校准曲线取决于宇宙射线的成分，当考虑对初级能量具有强烈依赖性的参数时，这可能在成分分析中引入偏差。在这项工作中，我们开发了一种分析方法来研究这些影响。我们认为AMIGA，低能量扩展的皮埃尔俄歇天文台对应的表面探测器，以说明使用的方法。
2015-02-18 astro-ph.HE astro-ph.IM
Parametrization of the nucleus-nucleus gamma-ray production cross sections below 100 GeV/nucleon: Subthreshold pions and Hard photons
“阈下π介子”和所谓的“硬光子”是从每个核子能量低于$π$ -介子产生阈的核碰撞中产生小于1GeV的$γ$ -射线和$e^\pm$对的两个重要通道。我使用公开的实验数据来参数化这两个通道的$γ$射线和$e^\pm$生产截面和扩展的π介子贡献这些粒子的光谱在更高的能量使用其相应的光谱从$pp$相互作用。这些参数化是有效的碰撞能量$T_p\leq 100$ A GeV，并同意合理地与现有的实验数据。新的参数化允许，第一次，精确的研究天体物理$γ$ -射线低于1 GeV。
2016-08-11 astro-ph.HE nucl-ex
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
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
