Cosmic ray energy spectra derived from KASCADE-Grande data using post-LHC hadronic interaction models
本研究基于KASCADE-Grande簇射大小测量，采用多种后LHC强子模型并计入涨落，更新10 PeV–1 EeV宇宙线能谱，且首次测试EPOS-LHC-R。
2025-08-29 astro-ph.HE
A possible explanation of the knee of cosmic light component spectrum from 100 TeV to 3 PeV
在ARGO-YBJ实验中发现了在$\sim 700$ TeV处明显变陡的氢氦混合谱。本文证明了用我们银河系超新星遗迹逃逸的宇宙射线模型可以很好地再现观测到的H + He谱。在该模型中，粒子通过非线性扩散激波加速机制在SNR中加速，并考虑了从SNR逃逸的高能轻核的三个分量。应该注意的是，如果加速效率更高，KASCADE观测到的质子谱也可以用这个模型来解释。
2017-07-18 astro-ph.HE
Constraining the position of the knee in the galactic cosmic ray spectrum with ultra-high-energy diffuse $γ$-rays
最近在西藏AS的$γ$实验中测量到了高达$957$ TeV的$γ$射线扩散发射。假设它是由宇宙线核与星际介质之间的强子相互作用产生的，它要求宇宙线核的加速应远远超过PeV能量。目前，对不同物种的宇宙线谱的测量显示出不同的结果。西藏实验表明，质子加氦的谱在PeV以下有一个早期的膝。如果这是正确的话，弥漫的$γ$射线辐射将表明在PeV能量以上的银河宇宙射线的额外成分。这第二个组成部分可能来自最近的超高能$γ$射线观测所揭示的所谓PeVatron的源群，并可能有助于宇宙射线通量达到第二个膝盖的能量。另一方面，KASCADE测量表明质子的膝关节高于PeV。在这种情况下，由西藏天文台观测到的弥散$γ$ -射线可以很好地解释为只有一个宇宙射线成分。这两个人（即。Tibet膝和KASCADE膝）可以通过漫射$γ$射线和宇宙线核的光谱结构来区分。未来HERD和LHAASO实验对单个原子核光谱的测量以及LHAASO对扩散$γ$射线的测量可以共同约束这两种情况。
2022-11-06 astro-ph.HE hep-ph
Cosmic-Ray Mass Composition around the Knee via Principal Component Analysis
本研究利用主成分分析重建KASCADE实验膝区宇宙线质量组成，显著降低对强子模型的依赖，并发现轻组分减少、重组分增加，与LHAASO-KM2A及GSF模型一致。
2025-10-09 astro-ph.HE
Cosmic Rays from the Knee to the Ankle
在PeV到EeV能量范围内的宇宙射线的能谱和质量组成的研究对于理解银河系和河外宇宙射线的起源都是重要的。最近，三个现代实验装置（KASCADE-Grande，IceTop，Tunka-133），致力于研究这一初级能量范围，发表了关于全粒子能谱的新结果。在这篇简短的评论中，我们介绍了这些结果，并讨论了它们的异同。此外，使用不同的强子相互作用模型解释测量的空气簇射数据的影响将被检查。最后，本文还简要地讨论了目前的结果与宇宙射线从银河系到河外起源的天体物理模型是否一致的问题。
2015-04-08 astro-ph.HE
Slope of the lateral density function of extensive air showers around the knee region as an indicator of shower age
本文通过对蒙特卡罗程序CORSIKA模拟的广延空气簇射（EAS）事件的分析，重点研究了初级宇宙射线能谱膝能区附近EAS中电子的横向分布特征。这项研究考虑到了作为大气中阵雨发展阶段指标的侧向阵雨年龄参数的问题。横向淋浴年龄参数与其他EAS观测值的相关性进行检查，使用模拟数据的情况下，其可能使用的多参数研究EAS，以期获得有关的性质的淋浴启动小学在海平面EAS实验的信息。它示出，至少对于KASCADE数据的三维图中所观察到的侧密度函数的斜率支持膝关节周围从轻到重的质量组成的过渡的想法。
2016-11-03 astro-ph.HE
High-energy cosmic rays measured with KASCADE-Grande
对几百TeV以上的高能宇宙射线的探测是通过观测广泛的空气簇射实现的。利用KASCADE-Grande的多探测器装置，研究了高能宇宙射线从膝下到2 EeV的能谱、元素组成和各向异性。此外，大的高质量的数据集允许不同的测试强子相互作用模型的有效性，用于解释空气簇射测量。经过16年多的时间，卡斯卡德-格兰德实验于2012年底终止了测量。本文将概述迄今为止所取得的数据分析的主要成果，并将报告KCDC的状况，KCDC是KASCADE宇宙射线数据中心，该中心将通过一个基于网络的界面向感兴趣的公众提供数据。
2013-08-07 astro-ph.HE
Change in the mass composition of primary cosmic radiation at energies in the range of E0 = 1-100 PeV according to data of the KASCADE-Grande experiment
本文根据KASCADE-Grande实验的数据，分析了E0 = 1-100 PeV能量范围内初级宇宙辐射质量组成中最轻核和最重核通量的变化。这种分析是通过最小-最大年龄（Smin-max）的方法广泛的空气簇射（EAS），这是在本文章中提出的。这种方法使得有可能估计初级宇宙辐射质量组成中最轻和最重核的谱指数，并研究所考虑范围内能量E0处这些谱的不规则性。用于估算初级宇宙辐射质量组成的Smin-max方法是基于来自KASCADE-Grande实验的E0 = 1-100 PeV范围内EAS特征的大量样本数据（超过1亿次事件）。结果表明，在E0 = 1-100 PeV的初始能量范围内，初始宇宙辐射质量组成中最轻核的积分谱指数从2.1变化到2.7，最重核的积分谱指数从1.5变化到2.1。这些结果符合KASCADE-Grande协作组得出的结论，即在E0 = 3-5 PeV范围内的初级宇宙辐射核的E0谱中的拐点是由于轻核的消除。用Smin-max方法分析了KASCADE-Grande实验数据库中E0 = 50-75 PeV范围内的初级宇宙辐射E0谱中出现的凸起，发现与伽马（GAMMA-07）实验数据一致。
2021-12-28 astro-ph.HE
The spectrum of high-energy cosmic rays measured with KASCADE-Grande
本文描述了由KASCADE-Grande实验测量的大范围空气簇射的簇射尺寸（带电粒子总数）和μ介子总数导出的10**16 eV ~ 10**18 eV的宇宙射线能谱。由此产生的所有粒子的能谱表现出强烈的暗示硬化的光谱在约2x 10 **16 eV和一个显着的陡峭在c。8x10**16 eV。这些观察结果挑战了膝盖和脚踝之间的频谱是单一幂律的观点。可能的情况下产生这样的功能进行了讨论的天体物理过程，可以解释从银河系到河外起源的宇宙射线的过渡区。
2012-06-18 astro-ph.HE
Sharp knee phenomenon of primary cosmic ray energy spectrum
初级能谱模型进行了测试，在1-200 PeV的能量范围内使用标准化的广泛的空气簇射响应BASJE-MAS，西藏，伽马和KASCADE闪烁簇射阵列。结果指向两个组件的起源观测到的宇宙射线能谱在膝盖区域（GAPS光谱模型）组成的脉冲星组件叠加在刚性依赖的幂律扩散星系通量。双分量能谱模型解释了在50-100 PeV范围内的尖膝簇射谱现象和观测到的全粒子能谱的不规则性。另外，测试的多人口的初级能谱预测的非线性扩散冲击加速（DSA）模型描述了观察到的簇射谱在膝盖区域提供的截止磁刚度的加速粒子是6.0+/-0.3 PV和45+/-2 PV的前两个人口分别。两个测试的光谱模型证实了观测到的簇射光谱膝的主要H-He原生核起源。根据原始氢、氦、类氧和类铁核能谱的相应参数化、550-1085 g/cm ^2大气斜深范围内标准化簇射谱响应和近垂直μ介子截断谱，利用反问题解对测试能谱参数进行了估算。
2014-10-04 astro-ph.HE
Escape model for Galactic cosmic rays and an early extragalactic transition
我们表明，宇宙射线（CR）膝盖可以完全解释能量依赖的CR泄漏从银河系，与所有现有的数据非常适合。我们测试这一假设计算在银河系磁场的个人CR的轨迹。我们发现，CR逃逸时间$τ_{\rm esc}(E)$表现出膝状结构周围$E/Z={\rm few}\times 10^{15}$ eV的小相干长度和强度的湍流磁场。所得的强度为不同组的核是一致的KASCADE和KASCADE-Grande确定的，使用简单的幂律注入光谱。从银河系到河外CR的过渡在$\approx 2\times 10^{18}$ eV处终止，而河外CR对$\gtrsim 2\times 10^{16}$ eV处的次优势质子通量有相当大的贡献。在这个模型中，在中能区到脚踝的河外CR的自然来源是正常星系和星暴星系。逃逸模型提供了一个很好的$\ln(A)$数据拟合，它预测的CR偶极子的相位变化强烈的能量范围之间的$1\times 10^{17}$和$3\times 10^{18}$ eV，而我们的估计的偶极子幅度是一致的观察。
2015-05-06 astro-ph.HE
A novel approach for deducing the mass composition of cosmic rays from lateral densities of EAS particles
对KASCADE实验能区宇宙线广延空气簇射进行了蒙特卡罗模拟研究。从模拟EAS的电子和μ子的横向分布特征出发，用一种新的方法提取了一些重要的EAS观测量，并证明了它们的CR质量灵敏度。该研究考虑到EAS电子和μ子的实验横向密度分布的问题后，引入的概念，本地年龄和分段斜率参数，旨在提取信息CR质量组成从观测数据。根据KASCADE数据（KCDC）分析得出的估计侧向簇射年龄和斜率与膝关节周围CR质量组成从轻到重逐渐变化的想法一致。
2019-08-12 astro-ph.HE
Energy spectra of elemental groups of cosmic rays with the KASCADE experiment data and machine learning
基于 KASCADE 实验档案数据与新型机器学习技术，重建了 1.4-100 PeV 宇宙线各元素群能谱，发现质子与氦能谱的膝行为及铁组分硬化迹象，其系统不确定性低于以往实验。
2024-05-02 astro-ph.HE
Ankle-like Feature in the Energy Spectrum of Light Elements of Cosmic Rays Observed with KASCADE-Grande
卡斯卡德-格兰德实验的最新结果为$E = 10^{16.92 \pm 0.10} \, \mathrm{eV}$的宇宙射线全粒子谱中的一种温和的膝状结构提供了证据，发现这是由于重初级粒子通量的陡化造成的。光和中间质量的组合成分的光谱被发现是兼容的一个单一的幂律的能量范围从$10^{16.3} \, \mathrm{eV}$到$10^{18} \, \mathrm{eV}$。在本文中，我们通过使用统计数据增加的数据来更新该分析，这些数据来自包括最近测量结果的更大数据集，并使用更大的基准区域。此外，应用了用于增强光原色的优化选择标准。我们发现了轻元素的光谱特征，即随着幂律指数从$-3.25 \pm 0.05$到$-2.79 \pm 0.08$的变化，在$E = 10^{17.08 \pm 0.08} \, \mathrm{eV}$处硬化。
2013-04-26 astro-ph.HE
What can cosmic-ray knees reveal about source populations?
本研究通过简单理论模型探讨宇宙线加速器群落多样性对膝现象学的影响，发现组分与通量断裂特征可揭示源群落性质，并对比观测数据验证了主膝、第二膝及Auger谱特征的成因。
2025-11-05 astro-ph.HE
Nearby sources in the transition region between Galactic and Extragalactic cosmic rays
在这篇论文中，我们提出了一种可能的解释，即在膝盖和脚踝之间的所有粒子谱中存在一个显著的精细结构，以及最近在通卡133和卡斯卡德格兰德实验中测量到的10^17 eV附近的高含量重核。在这个模型中，Ia型超新星的宇宙射线的产生提供了在膝盖周围观测到的宇宙射线（CR）通量。从所有粒子谱中减去这些源的贡献，我们得到了银河系和河外CR之间过渡区的CR剩余通量，范围为10^17-5 10^18 eV。得到的光谱在能量（2-3）10^17 eV处也有一个明显的拐点，斜率g1 ~ 1.8+-0.3和g2 ~3.4。我们分析了已知的银河系源的可能贡献，发现在形式上对过渡区有显著贡献的最佳候选者是Cas A。该源具有许多不寻常的特性，被认为是IIb型SNR。然而，我们发现，从10^17 eV开始的CR河外起源的假设似乎更现实。
2013-03-15 astro-ph.HE
On the knee of Galactic cosmic rays in light of sub-TeV spectral hardenings
在宇宙射线谱中发现膝关节50多年后，它的物理起源仍然是一个谜。这部分是由于单个成分的能谱的模糊性。最近，直接测量从几个气球/卫星携带的探测器发现显着的光谱硬化的宇宙射线核在几百个GV的刚度。对宇宙射线光谱的直接和间接测量进行联合建模可能有助于理解实验系统学，可能还有助于理解膝盖的物理学。在这项工作中，我们更新的现象学“多性腺”模型的膝盖，包括光谱硬化，与变化的光谱指数$γ+ β\cdot \log E$相对于能量。我们发现，有一些直接和间接测量之间的张力。具体来说，硬光谱的CREAM建议一个相对较低的能量截止的膝盖周围的个人宇宙射线光谱，这是不一致的轻组分光谱的空气淋浴测量。此外，AS $γ$ /ARGO-YBJ/WFCTA/KASCADE的轻组分数据与全粒子谱一致。我们期望通过运行空间探测器（如CALET和DAMPE）和地面实验（如LHAASO）对TeV能量及更高能量的单个成分的宇宙射线谱进行更精确的测量，最终将解决这些差异。最后，作为一个例子，我们证明了在双晕模型下的空间相关扩散能够重现这种“修改的多性腺”模型的结果。
2018-07-03 astro-ph.HE hep-ph
Recent developments in cosmic ray physics
寻找宇宙射线起源理论的工作仍在进行中，这种理论可被视为一种标准的、令人满意的模型。一方面，我们银河系中的超新星在产生地球上观测到的大部分宇宙射线方面起着至关重要的作用。另一方面，关于它们将粒子加速到膝盖的能力的重要问题仍然没有答案。通常的解释是，膝关节是与宇宙射线的轻成分的最大能量相一致的一个特征，并向逐渐变重的质量组成过渡，这主要是基于KASCADE的结果。最近的一些数据似乎对这一发现提出了质疑：YAC 1- Tibet Array和ARGO-YBJ发现在$\sim 700$ TeV处的光分量通量减少，明显低于膝盖。无论轻核的最大能量是高达$3000$ TeV还是低至几百TeV，对超新星遗迹的宇宙射线起源范例，以及从银河到河外宇宙射线的过渡这一关键问题都有非常重要的影响。在这样一个复杂的现象学情境中，重要的是要清楚地了解什么是真正已知的，什么是未知的。在这里，我将讨论宇宙射线的起源理论（或理论）的一些坚实和不太坚实的方面，以及对该领域未来研究的影响。
2014-12-29 astro-ph.HE
On the cosmic ray spectrum from type II Supernovae expanding in their red giant presupernova wind
虽然从能量的角度来看，SNR是银河CR的可行来源，但它们是否能将质子加速到PeV的问题仍然没有解决。在这里，我们讨论粒子加速在前向冲击SN和讨论的可能性，逃逸粒子电流可能会激发非共振不稳定性，从而导致形成共振模式限制粒子接近冲击和增加的最大能量。这一机制贯穿于超新星爆发的整个扩展过程，从喷出物主导阶段（ED）到Sedov-Taylor阶段（ST）。由于它们更高的爆炸速率，我们专注于在缓慢，密集的红超巨星风中膨胀的II型超新星。当爆炸发生在这样的风中时，ED和ST阶段之间的转变可能会在几十年内发生。结果，加速粒子的光谱显示在ST阶段开始时达到的最大能量（Em）处斜率的中断。在这个能量之上，频谱变得更陡，但仍然是幂律，而不是指数截止。我们发现，对于II型SNae典型参数，质子EM可以很容易地达到PeV的能量，确认II型SNR是CR在膝关节的最佳候选来源。我们试图用我们的模型拟合KASCADE-Grande、ARGO-YBJ和YAC 1-Tibet阵列数据，但我们找不到任何可以解释所有数据集的参数组合。事实上，最近用ARGO-YBJ和YAC 1-Tibet阵列对膝区质子和氦谱的测量使情况非常混乱。这些测量结果表明，在轻组件的膝盖是在650 TeV，明显低于整体频谱膝盖。这一发现将解决在SNae中达到非常高的能量的问题，但另一方面，它将在银河系和河外CR之间的过渡区打开一个关键问题。
2015-03-10 astro-ph.HE
Transition from Diffusion to Drift-Dominated Cosmic Ray Transport and the Origin of the Knee
Gran Sasso Science Institute (GSSI)（格兰萨索科学研究所）；INFN-Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS)（意大利国家核物理研究所格兰萨索国家实验室）
通过测试粒子模拟，研究银河磁场中扩散与漂移的竞争如何导致宇宙线能谱的膝结构，发现平行扩散系数在高能下能量无关时，漂移主导可在PeV能区产生膝。
2026-10-19 astro-ph.HE
On the cosmic ray spectrum from type II Supernovae
对于被广泛接受的银河系CR在SNR冲击中被加速的想法来说，最重要的挑战之一是粒子可以被加速的最大能量。共振流的不稳定性，长期调用的磁场放大在冲击，不能提供足够高的字段和足够有效的散射，以确保粒子加速到膝盖。在这里，我们讨论这种不稳定性的非共振版本，其更快的增长和放大场的更大值，增加了可实现的最大能量。由于其较高的爆炸速率，我们专注于II型SNe在其红超巨星风膨胀，我们发现，Ejecta支配（ED）和Sedov-Taylor（ST）阶段之间的过渡发生在非常早期的时间。在这种环境中，加速粒子谱没有高能量指数截止，但在最大能量（EM）处出现谱突变。此外，质子的最大能量可以很容易地达到PeV能量。利用这个模型，我们试图拟合KASCADE Grande和ARGO-YBJ数据，但未能找到一个参数组合，可以解释这两个数据集。我们讨论了这两个数据集所隐含的不同情况。
2015-07-22 astro-ph.HE
The chemical composition of the cosmic radiation around the ankle and the related spectral indices
最近对宇宙辐射的化学成分的一些测量表明，在脚踝周围的3 × 10 **18 eV的能量下，轻宇宙离子在膝盖前能量区域占主导地位。利用最近的宇宙辐射理论，它提供了一个定量的解释膝盖，第二膝盖和脚踝，宇宙辐射的化学成分明确计算给出个别离子光谱和离子分数从10 ** 12 eV到5 × 10 ** 19 eV。该计算假设了两个宇宙辐射的组成部分：一个起源于盘体积，另一个称为盘外分量，从盘边界穿过银河系到达太阳系。本文回顾了俄歇、HiRes、Agasa、Akeno、Fly'sEye、雅库茨克、HaverahPark和Volcano Ranch实验在半个世纪的实验中收集的10 ** 17 eV以上的数据，并与理论值进行了比较。计算和测量的<ln（A）>之间的比较显示出良好的整体一致性，除了HiRes实验之外，高达2 × 10 ** 19 eV，并且在10 ** 15 - 10 ** 17 eV的范围内与Kascade，East-top，Tunka和其他实验非常一致。该协议要求在10 ** 19 eV时，盘外分量的通量为1.8 x 10 ** 14粒子/ m ** 2 sr s eV **（1.5），是盘源产生的通量的两倍。
2010-02-28 astro-ph.CO astro-ph.HE
Cosmic ray composition measurements and cosmic ray background free gamma-ray observations with Cherenkov telescopes
宇宙线粒子引发的广延空气簇射（EAS）中的μ子分量携带着关于初级粒子身份的信息。我们表明，EAS的μ子含量可以测量在一个广泛的能量范围从10 - 100 TeV的超高能宇宙射线范围内使用宽视场成像大气切伦科夫望远镜观察强烈倾斜或接近水平的EAS从地面或从高空。在这种EAS中，来自μ子的切伦科夫发射形成了望远镜相机中EAS图像的独特分量（晕或尾）。我们表明，μ介子信号的检测可以用来测量组成的宇宙射线光谱的能量范围内的膝盖，脚踝和银河系到河外过渡。它也可以用来否决伽马射线观测中的宇宙射线背景。与KASCADE-Grande相比，该技术提供了在10 PeV以上的能带中对伽马射线通量的灵敏度提高两个数量级的可能性，并且与Pierre Auger天文台相比，在多EeV能带中的灵敏度提高了一个数量级。
2017-01-04 astro-ph.HE astro-ph.IM
