Cosmic Ray Measurements with IceCube and IceTop
IceCube是一个位于地理南极深冰中的200公里切伦科夫探测器。在深冰探测器的主要事件产量包括穿透大气μ介子的能量超过约300 GeV，产生于宇宙射线空气淋浴。此外，表面阵列，冰顶，测量电磁分量和GeV μ子的空气淋浴。因此，IceCube和IceTop提供了独特的机会，可以用前所未有的统计数据非常详细地研究宇宙射线。我们将介绍最近从IceCube和IceTop进行的喜剧射线测量结果。在这篇综述中，我们将重点介绍从250 TeV到EeV范围内的宇宙射线能谱测量及其3 PeV以上的质量组成。我们还将报告最近的测量结果的μ子含量的空气淋浴和讨论他们的一致性预测从目前的强子相互作用模型。
2022-08-03 astro-ph.HE
Cosmic Ray Spectrum and Composition from PeV to EeV from the IceCube Neutrino Observatory
南极冰立方中微子观测站是一个多成分探测器，能够测量PeV至EeV的宇宙射线能谱和成分，该能量区域通常被认为涵盖了从银河系到河外的宇宙射线源的过渡。表面的IceTop阵列对空气簇射的电磁部分敏感，而深层冰阵列检测空气簇射的高能（TeV）μ子分量。IceTop的重建簇射尺寸参数S $_{125}$被展开成高统计的全粒子能谱。此外，对于穿过两个阵列的空气簇射，在冰中重建的μ子能量损失信息与S $_{125}$在机器学习算法中相结合，以同时提取元素组的所有粒子能谱和单个谱。的所有粒子的光谱以及光谱的个别元素组。
2019-08-21 astro-ph.HE
The cosmic-ray air-shower signal in Askaryan radio detectors
我们讨论的无线电发射从高能宇宙射线诱导的空气阵雨击中地球表面之前，级联已经在大气中消失。感应发射产生的无线电信号应该可以在目前运行的Askaryan无线电探测器中检测到，该探测器是为了寻找冰中的GZK中微子通量而建造的。计算中包括了空气中辐射、冰中辐射以及粒子束穿过空气-冰边界时的相干跃迁辐射。
2015-11-25 astro-ph.HE
Study of High pT Muons in IceCube
在宇宙线空气簇射中，通过重夸克的半轻子衰变和高pT的K介子和π介子的衰变，产生了具有高横动量（pT）的μ子。这些高p_T μ子与簇射芯μ子束有很大的横向间距。IceCube非常适合于高p_T μ子的探测。表面簇射阵可以确定宇宙线空气簇射的能量、核心位置和方向，而冰内簇射阵可以重建高p_T μ子的能量和方向。这使得可以在大于150米的距离处测量退相干函数（横向分离光谱）。μ子p_T可以从μ子能量（通过dE/dx测量）和横向间隔来确定。高p_T μ子谱也可以在微扰QCD框架下计算，该谱对宇宙线成分敏感。
2009-09-01 astro-ph.HE
On the feasibility of RADAR detection of high-energy neutrino-induced showers in ice
在这篇文章中，我们试图回答的问题，雷达探测技术是否可以用于探测高能中微子诱导粒子级联的冰。一个高能中微子在冰中相互作用会引起一个粒子级联，也被称为粒子簇射，以接近光速的速度移动。通过时，级联将使介质蒸发，留下一个等离子体管。等离子体管的不同特性，如其寿命、尺寸和电荷密度，将用于估计是否有可能通过雷达探测技术探测到该管。接下来的电离电子的第二个等离子体由于移动质子引起的粒子级联进行了讨论。获得了电子等离子体级联诱导粒子的能量阈值为4PeV，质子等离子体为20PeV。这使得雷达探测技术，如果成功的话，可以覆盖目前运行的中微子探测器中几个PeV和几个EeV之间的能隙，在低侧，冰立方耗尽事件，而在高侧，Askaryan无线电探测器开始有很大的有效体积。
2014-08-07 astro-ph.HE
Anisotropy of TeV and PeV cosmic rays with IceCube and IceTop
高能宇宙射线与地球大气层的相互作用产生了大量含有大量μ子成分的次级粒子的空气簇射。通过利用中微子望远镜对高能μ子的灵敏度，有可能使用这些探测器进行精确的宇宙射线研究。宇宙射线μ介子事件的高速率提供了高统计数据样本，可用于在千分之一水平上寻找母粒子到达方向的各向异性。本文报道了用IceCube中微子望远镜在20-400 TeV能量范围内在多个角尺度上收集的宇宙线数据中各向异性的观测结果。来自位于冰立方上方冰面上的IceTop空气淋浴阵列的新数据显示出与高能冰立方结果一致的各向异性。冰顶对大范围空气簇射的所有成分的敏感性将使我们能够更详细地探索与所观察到的各向异性相关的初级宇宙射线的特征。
2012-05-17 astro-ph.HE
On the transition radiation interpretation of anomalous ANITA events
本研究针对反常ANITA事件的渡越辐射解释假说，扩展ZHS程序计算穿越冰面的大气簇射相干脉冲，发现其极性与经冰面反射的宇宙射线簇射脉冲一致，从而排除了渡越辐射作为该反常事件的解释。
2023-11-09 astro-ph.HE
Recent Results of Cosmic Ray Measurements from IceCube and IceTop
IceCube是一个100公里的切伦科夫探测器，位于地理南极的深冰中。深冰探测器中的主要事件产率由能量超过几百GeV的宇宙射线空气簇射产生的穿透大气μ子组成。此外，部署在IceCube深冰探测器上方的表面阵列IceTop测量空气簇射的电磁信号和低能μ子。因此，IceCube和IceTop提供了通过大量统计数据非常详细地研究宇宙射线的独特机会。我们讨论的最新结果的空气簇射测量冰立方和冰顶，包括宇宙射线的能谱从250 TeV的EeV的范围。我们还将报告测量的宇宙射线质量组成的PeV到EeV的范围，并显示最近的结果，在南半球的PeV伽马射线源的搜索。此外，还将报告利用冰立方和HAWC观测站的综合数据对宇宙射线各向异性进行全天空分析的结果。最后，我们将提出一个测量的μ介子的密度在GeV范围内，并讨论其一致性与预测强子相互作用模型。
2019-09-10 astro-ph.HE
A Radio Air-Shower Test Array (RASTA) for IceCube
在本文中，我们探讨的可能性，以补充宇宙线物理程序的冰立方天文台与扩展表面阵列的无线电天线。地面上的空气簇射取样和地下的μ子量热法相结合提供了巨大的科学潜力：可以通过否决地面上的空气簇射来提高地平线以上的中微子灵敏度，光子诱导的空气簇射可以通过其小μ子分量来识别，并且对地面上的粒子密度和μ子分量的同步测量提供了关于初级通量组成的有用信息。所有这些分析都是用现有的IceTop阵列进行的。然而，IceTop的足迹是小的相比，接受的InIce传感器阵列，这严重限制了立体角重合测量，需要一个扩展的表面空气簇射探测器。正如LOPES实验所证明的那样，通过地球同步辐射测量空气簇射已成为一种可行且具有成本效益的方法。RASTA项目的科学案例-一个专用的无线电阵列寻求利用这种方法在南极-介绍。
2010-10-08 astro-ph.HE astro-ph.IM
Coherent Cherenkov radio pulses from hadronic showers up to EeV energies
计算了冰中强子簇射发射的切伦科夫射电脉冲，簇射能量在EeV范围内。这是通过对簇射发展和簇射中过量电荷发展时发出的相干无线电脉冲进行三维模拟而获得的。为此，已经开发了一个Monte Carlo，ZHAireS，结合AIRES的高能强子相互作用能力，和TIERRAS的稠密介质传播能力，与精确的低能跟踪和特定的算法，以计算ZHS中的射电辐射。一个细化技术的实施和优化，允许模拟的无线电脉冲诱导的阵雨高达10 EeV的冰。通过与GEANT4和ZHS程序计算结果的比较，验证了该程序的有效性。除电子和正电子外，其他簇射粒子（主要是π介子和μ介子）对脉冲的贡献低于1%。本文将强子簇射的特征和相应的切伦科夫频谱与纯电磁簇射的特征进行了比较。讨论了谱与簇射能量和高能强子模型的关系，给出了冰中强子簇射射电辐射的参数化方法。
2012-04-16 astro-ph.HE
Study of Mass Composition of Cosmic Rays with IceTop and IceCube
冰立方中微子观测站是南极的一个多部件探测器，用于探测天体物理事件中出现的高能粒子。这些粒子为我们提供了对其来源的基本性质和行为的见解。除了它在中微子天文学中的主要用途和优点外，将IceCube与其表面阵列IceTop结合使用也使其成为独特的三维宇宙射线探测器。这一独特的特征有助于在从银河系到河外源的过渡区进行详细的宇宙射线分析。我们将介绍在建立初级宇宙射线质量估算框架的多个方面取得的进展。第一种技术依赖于表面信号分布的基于似然性的分析，并改进了标准重建技术。第二个使用图神经网络中的先进方法，除了IceTop的全局淋浴足迹功能之外，还使用完整的冰中淋浴足迹。两种方法的组成分析之间的比较，以及一个可能的扩展的分析技术，亚PeV宇宙射线空气簇射也将被讨论。
2021-07-20 astro-ph.HE
The signatures of secondary leptons in radio-neutrino detectors in ice
冰中中微子相互作用后的射电辐射的检测是一种很有前途的技术，以获得显着的灵敏度与能量以上的中微子PeV。可探测到的无线电发射来自冰中的粒子簇射。到目前为止，探测器模拟只考虑了中微子初级相互作用的射电辐射。在这项研究中，现有的模拟工具已被扩展到涵盖从μ子和金牛座的次级相互作用。我们发现两个轻子的次级相互作用加起来可达中微子探测器有效体积的25%。此外，μ介子和τ中微子可以产生几个可探测的簇射，结果是双重签名并不构成τ中微子的唯一签名。我们还发现，大气μ介子的背景从宇宙射线是不可忽略的冰阵列和空气簇射否决应被认为是有益的无线电探测器。
2020-09-11 astro-ph.HE
First Air-Shower Measurements with the Prototype Station of the IceCube Surface Enhancement
冰顶是冰立方中微子天文台的表面阵列，由分布在1公里$^2$范围内的162个冰切伦科夫罐组成。除了被用作冰中中微子探测器的否决权外，冰顶还是一个强大的宇宙射线探测器。在未来几年中，IceTop阵列的能力将通过用一系列高架闪烁体面板和无线电天线来增强现有的冰切伦科夫罐来增强。结合不同探测器获得的数据将改善宇宙线能量和初级质量的重建，同时降低能量阈值和增加阵列的孔径。2020年1月，在IceTop站点部署了一个由8个闪烁探测器和3个天线组成的原型站。原型探测器连接到一个数据采集系统，无线电天线的读数是使用来自发射器的信号触发的。这使我们能够定期观察二次空气簇射粒子撞击蒸发器，以及高能空气簇射的无线电发射。在这篇文章中，我们将讨论从原型站在过去的一年中获得的结果，目前的第一个宇宙射线空气淋浴测量与这个原型站，并显示如何与不同的探测器类型的观测相互补充。
2021-07-19 astro-ph.HE astro-ph.IM
Radio signatures of cosmic-ray showers with deep in-ice antennas
本文提出FAERIE框架，耦合CoREAS与GEANT4模拟深冰中宇宙线簇射的射电辐射，以研究其对超高能中微子探测的背景影响，并为宇宙线否决系统设计提供依据。
2024-09-03 astro-ph.HE astro-ph.IM
Towards the Composition of sub-PeV Cosmic Rays at IceCube
Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）
针对 IceCube 低能触发系统记录的数百 TeV 宇宙线空气簇射，提出结合地面与冰内探测器信号、利用卷积神经网络进行原初成分识别的新方法，填补了 sub-PeV 能区观测空白并提升了质量鉴别与能量重建性能。
2025-11-07 astro-ph.HE
Measurement of the cosmic ray energy spectrum with IceTop-73
我们报告的测量全粒子宇宙线的能量范围从1.58 PeV到1.26 EeV的冰顶空气簇射阵列的能谱。冰顶空气簇射阵列是冰立方中微子天文台位于南极的表面组件。仅使用IceTop的信息进行分析。本研究中使用的数据取自2010年6月1日至2011年5月13日。在此期间，冰顶阵列由73个站组成，而最终配置为81个。所测得的光谱表现出明显的偏离一个单一的幂律以上的膝盖约4PeV和低于1EeV。我们观察到光谱硬化约18 PeV和陡峭约130 PeV。
2013-07-14 astro-ph.HE
Cosmic-Ray Physics in the PeV to EeV Energy Range with the IceCube-Gen2 Surface Array (ICRC 2025)
Bartol Research Institute, Department of Physics and Astronomy, University of Delaware（特拉华大学巴托尔物理与天文学研究所）；Institute for Astroparticle Physics, Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院高能粒子物理研究所）
本研究介绍了拟建于南极的IceCube-Gen2表面阵列的技术设计，它通过高架双探测器设计、更大的面积与视场提升性能，将为PeV至EeV能段银河系宇宙线及PeV光子源搜寻等研究提供支撑。
2025-07-08 astro-ph.HE
In-ice Askaryan Emission from Air Showers: Implications for Radio Neutrino Detectors
本文利用 CORSIKA 8 计算了空气簇射核心在冰内产生的 Askaryan 射电辐射，首次给出 O(100m) 深度天线的探测率，并量化了冰中反射层对 IceCube-Gen2 射电阵列造成的背景影响及缓解策略。
2025-06-03 astro-ph.HE astro-ph.IM
Parallelizing Air Shower Simulation for Background Characterization in IceCube
针对 IceCube 大气簇射本底模拟中 CPU/GPU 资源失配、带宽瓶颈和内存不可控问题，提出客户端-服务器并行架构，使 GPU 利用率超过 90%，速度提升 20 倍。
2024-05-09 astro-ph.HE
Cosmic-Ray Studies with the Surface Instrumentation of IceCube
IceCube是一个安装在地理南极深冰中的200公里切伦科夫探测器。IceCube的表面阵列IceTop测量电磁信号，主要是来自超过几个100 TeV初级能量的广泛空气簇射的低能μ子，冰内探测器IceCube探测到簇射束和高能μ子。冰内探测器和IceTop相结合，为详细研究宇宙射线提供了独特的机会。本文总结了这些研究的最新成果。此外，冰立方的升级将包括通过安装闪烁探测器和无线电天线以及可能的小型空气切伦科夫望远镜，大大增强表面探测器。我们将讨论安装在南极的原型探测器的结果和这种增强的前景，以及IceCube-Gen 2计划的表面阵列。
2021-08-16 astro-ph.HE
IceCube
冰立方是目前正在南极建造的一个1立方千米的中微子望远镜。该探测器将由5160个光学传感器组成，部署在1450米至2450米的深度，分布在86个字符串上。覆盖冰内探测器上方1平方公里表面积的空气簇射阵列将测量能量范围从300 TeV到1 EeV以上的宇宙射线空气簇射。该探测器被设计用来探测所有类型的中微子：电子中微子、μ子中微子和τ中微子。2009年有59根管柱投入运营，建设完成了67%。根据迄今取得的数据，观测站达到了设计目标。将介绍选定的结果。
2010-03-30 astro-ph.HE
Radio measurements of air showers with the IceCube-Gen2 surface prototype station at the Pierre Auger Observatory
University of Delaware（特拉华大学）
本文介绍了在皮埃尔·奥格天文台运行的IceCube-Gen2地面原型站对空气簇射无线电信号的观测，通过与奥格地面探测器符合观测验证了信号有效性，并将更新分析结果与CoREAS模拟进行了对比。
2026-09-04 astro-ph.HE astro-ph.IM
Composition from high $p_\mathrm{T}$ muons in IceCube
能量高达$10^{11}\,\mathrm{GeV}$的宇宙射线进入大气层并产生次级粒子簇射。在这些簇射内部，具有高横动量的μ子（$p_\mathrm{T} \gtrsim 2\,\mathrm{GeV}$）是由重强子衰变产生的，或者是在簇射发展的早期由高$p_\mathrm{T}$ π介子和K介子产生的。这些孤立的μ子可以与簇射核心有很大的横向距离，最远可达几百米，与μ子束一起在冰立方中形成双重或三重轨道签名。与核心的距离是μ子母粒子的横向动量的量度。在微扰量子色动力学（pQCD）成立的前提下，μ子的横向分布依赖于入射核的成分，从而可以由μ子分离测量确定高能宇宙射线的成分。反之亦然，这些μ子可以帮助理解由于唯象模型的不确定性，以及测试pQCD预测的高能相互作用，涉及重核。在介绍了高$p_\mathrm{T}$ μ子的物理方案在更大规模的中微子望远镜，我们将审查结果从冰立方在其59弦配置为出发点，并讨论最近的研究组成使用横向分离μ子在最终的检测器配置。
2014-11-18 astro-ph.HE
Advancements in the IceAct Energy Spectrum Analysis
本研究介绍了IceAct望远镜在宇宙射线能谱分析方面的进展，利用图神经网络重建空气簇射特性，并展示了自2019年以来的观测数据及初步结果。
2025-07-11 astro-ph.HE
Observation of air showers with an IceCube-Gen2 prototype station at the Pierre Auger Observatory
本文报告了部署在皮埃尔·奥格观测站的 IceCube-Gen2 原型站首批结果，实现了无线电天线与水切伦科夫探测器对空气簇射的首次符合探测，并观测到银河系噪声。
2024-09-01 astro-ph.HE astro-ph.IM
New IceTop Trigger in the context of the planned IceCube Surface Detector Enhancement at the South Pole
针对 IceTop 积雪导致灵敏度下降及现有触发器对倾斜簇射效率不足的问题，本文研究基于单水箱击中多重数的新触发器，并通过模拟和南极一天测试验证其性能。
2024-01-22 astro-ph.HE astro-ph.IM
Testing Hadronic Interaction Models with Cosmic Ray Measurements at the IceCube Neutrino Observatory
冰立方中微子天文台提供了一个机会，以执行独特的测量宇宙射线空气淋浴与其组合的表面阵列和深探测器。电磁粒子和低能μ子（$\sim$ GeV）被IceTop探测到，而一束高能μ子（$\gtrsim$ 400 GeV）可以在IceCube中同时测量。基于模拟的空气簇射观测值的预测显示出对高能强子相互作用模型的选择的强烈依赖。通过重建不同的成分依赖的可观测量，可以提供强有力的测试强子相互作用模型，因为这些测量应该是相互一致的。在这项工作中，我们提出了2.5和80 PeV之间的空气簇射数据的分析，比较组成的解释测量的表面μ子密度，斜率的冰顶横向分布函数，和μ子束的能量损失，使用模型Sibyll 2.1，QGSJet-II.04和EPOS-LHC。我们观察到的所有模型在考虑中的不一致，这表明他们没有给出一个充分的描述实验数据。这些结果还意味着通过间接测量确定宇宙射线质量组成存在很大的不确定性。
2021-07-20 astro-ph.HE
Simulation Study of the Observed Radio Emission of Air Showers by the IceTop Surface Extension
对单个空气簇射的多探测器观测对于在精确确定单个事件的质量和能量等宇宙射线量方面取得重大进展至关重要，从而使我们在回答宇宙射线物理学中的未决问题方面向前迈进了一步。冰立方中微子天文台的表面阵列IceTop的增强目前正在进行中，包括在现有的冰切伦科夫坦克阵列上增加天线和反射器。无线电部分将通过提供X $_\text{max}$的估计和电磁级联的直接采样来改进初级粒子的表征，这两个部分对于每个事件的质量分类都很重要。一个原型站已在南极运行，并同时用储罐、闪烁器板和天线观测到阵雨。观测到的这些事件的无线电信号是独特的，因为它们是在70至350 MHz波段测量的，高于许多其他宇宙射线实验。我们将检测到的事件与CoREAS模拟的波形进行比较，与端到端的电子响应进行卷积，作为分析链的验证。使用检测器的响应和测量的原型站作为输入，我们更新了基于蒙特卡罗的研究增强的表面阵列的混合检测的空气阵雨的反射器和无线电天线的潜力。
2021-07-19 astro-ph.HE astro-ph.IM
Constraints on light meson production in air-showers with atmospheric neutrinos below 1~TeV interacting in IceCube's DeepCore
IceCube中微子探测器每年利用其低能扩展DeepCore观测数万个大气中微子，覆盖从GeV到TeV的中微子能量范围。这些中微子可以用来研究粒子相互作用的条件下，无法达到目前的基于加速器的实验。在这里，我们提出了关于生产的光和奇怪的介子在大气粒子级联使用一个专门的分析的基础上的形状的中微子光谱在天顶和能量的限制。我们报告的第一个测量大气中的K/Pi比在一个约束的能量范围内完全从中微子观测。
2019-09-24 astro-ph.HE hep-ex
Overview on the Tunka-Rex antenna array for cosmic-ray air showers (ICRC 2017)
通卡-雷克斯是一个$3\,$ km的$^2$大型天线阵，用于西伯利亚靠近贝加尔湖的TAIGA天文台的宇宙射线空气簇射。2016年秋季，通卡-雷克斯已经扩展到总共63个站，每个站都配备了SALLA天线，用于在$30-80\,$ MHz频段内运行的两个极化方向。所有的天线站都由现场的其他宇宙射线探测器触发，即，通卡-雷克斯与通卡-格兰德闪烁探测器阵列同时运行，并在晴朗的夜晚与通卡-133非成像空气-切伦科夫阵列同时运行。与以前的测量相比，白天和恶劣天气的触发使年暴露量增加了一个数量级，预计更高密度的天线将提高准确性-特别是宇宙射线质量组成。除了通卡-雷克斯的地位和潜力的概述最近发表的结果将被提交：通过比较无线电和空气切伦科夫信号相同的空气阵雨，通卡-雷克斯精度最重要的淋浴参数已被确定。方向精度约为$1^\circ$，对于高质量事件，簇射极大值深度精度$X_\mathrm{max}$优于$40\,$ g/cm $^2$，能量精度优于$15\,\%$。当使用Tunka-133测量的簇射几何形状时，甚至可以仅使用单个天线站来粗略估计簇射能量和$X_\mathrm{max}$。此外，通过使用完全相同的外部校准源的天线在LOPES实验中，我们已经表明，不同的空气簇射阵列的绝对能量尺度可以相互比较在$10\,\%$精度。因此，Tunka-Rex将提高TAIGA对能量高于$0.1\,$ EeV的宇宙…
2017-08-02 astro-ph.HE astro-ph.IM
Studies of a muon-based mass sensitive parameter for the IceTop surface array
冰顶是南极冰立方中微子观测站的地面仪器。它被设计用来测量从PeV到EeV的初级能量范围内的宇宙射线的广泛的空气簇射。由较重的初级粒子引起的空气簇射在大气中发展得更早，在地面上可以观察到的μ子比具有相同初级能量的较轻的宇宙射线要多。因此，μ介子占所有带电粒子的比例由IceTop测量，表征了初级粒子的质量。该分析通过使用每个单独的宇宙射线事件的电荷信号分布来寻求基于μ子的质量敏感参数。在这篇文章中，我们提出的质量敏感参数的分析方法和我们的研究可能应用于宇宙线质量成分的测量与冰顶面阵。
2021-09-06 astro-ph.HE
Measurement of radio emission from extensive air showers
天体粒子物理学的一个新的有希望的发展是测量广泛的空气簇射的无线电发射。级联中的粒子发射同步辐射（30 - 90 MHz），其用偶极天线阵列检测。最近的实验工作进行了讨论。
2009-10-12 astro-ph.HE
Approximating new ice models with B-splines for improved IceCube event reconstruction: application to cascades and tracks
本文通过B样条改进IceCube冰模型，显著提升簇射角分辨率两倍，并优化高能缪子径迹的方向似然空间。
2023-07-26 astro-ph.HE astro-ph.IM
Towards a cosmic ray composition measurement with the IceAct telescopes at the IceCube Neutrino Observatory
本文介绍利用IceAct望远镜与IceTop及深层探测器联合测量宇宙线空气簇射，通过图神经网络和随机森林回归实现成分分析，以改进质量成分研究。
2023-07-26 astro-ph.HE astro-ph.IM
Science Case of a Scintillator and Radio Surface Array at IceCube
通过闪烁和无线电探测器的混合阵列对IceCube的表面阵列IceTop进行升级是由丰富的科学案例推动的。该反射器将降低测量空气簇射的阈值至约100 TeV，为中微子测量提供更有效的空气簇射否决权，并由于反射器和冰切伦科夫箱的不同响应而改善电磁和μ子簇射分量的分离。此外，这些消雪器将能够校准和补偿IceTop上方积雪的影响。无线电天线将提供电磁簇射分量的量热测量和对簇射最大值的直接灵敏度。因此，将冰中和表面上现有的冰-切伦科夫探测器与表面上新的闪烁和无线电探测器相结合，将能够在PeV至EeV范围内实现前所未有的事件质量分类精度。这将使冰立方成为南半球最精确的高能银河宇宙射线仪器。因此，混合阵列将为冰立方的主要科学案例做出重要贡献，了解宇宙射线的起源。除了宇宙射线科学目标外，混合阵列还为IceCube-Gen 2提供了必要的研发，该产品将具有更大的表面阵列，复杂的定时和通信技术以及高架表面结构。此外，混合阵列将提高对中微子测量的大气背景的理解，并开辟新的科学机会，例如寻找来自银河系中心的PeV伽马射线和质量相关的各向异性。
2019-08-29 astro-ph.HE astro-ph.IM
Simulation of radio signals from cosmic-ray cascades in air and ice as observed by in-ice Askaryan radio detectors
本文提出结合 CoREAS 与 GEANT4 的蒙特卡洛框架，模拟宇宙线大气簇射进入冰盖后的无线电发射，以评估中微子探测器本底与校准信号。
2024-08-08 astro-ph.HE astro-ph.IM
Cosmic Ray Physics with the IceCube Observatory
冰立方中微子天文台的1立方公里冰内探测器和1平方公里冰面探测器（IceTop）构成了一个三维宇宙线探测器，非常适合一般宇宙线物理学。通过分析冰表面的空气簇射和/或冰中的大气μ介子，已经获得了宇宙射线特性的各种测量结果，如能谱、质量组成和各向异性。
2012-09-25 astro-ph.HE
A Surface Radio Array for the Enhancement of IceTop and its Science Prospects
在当今时代，空气簇射的无线电探测已经取得了巨大的进展，以有效地提取这些空气簇射的属性。用射电探测方法成功地测量了能量达数百PeV的初级宇宙射线。也有人试图用这种技术观察高能中微子。目前测量宇宙射线空气簇射的射电实验大多在30-80 MHz的频率范围内进行。可以进行操作频带的优化，以使信噪比最大化，该信噪比可以通过与IceTop一起操作的南极处的无线电天线阵列来实现。这样的阵列可以改善用IceTop执行的空气簇射的重建。使用这样一个优化的无线电阵列的前景进行了讨论，用于测量从银河系中心的PeV能量的伽马射线。
2019-07-09 astro-ph.HE astro-ph.IM
Reconstruction of IceCube coincident events and study of composition-sensitive observables using both the surface and deep detector
来自宇宙射线空气簇射的综合信息触发了冰立方中微子天文台的地面和地下部分，允许通过能谱的膝区和以上重建初级粒子的能量和质量。高能μ介子束的性质与初级能量和成分有关，它们是在广泛的空气簇射形成的早期产生的，能够穿透到冰的深处。新的方法重建的方向和成分敏感的性质的μ子束。利用IceCube信号的似然最小化方法，考虑光子的传播、冰的性质以及μ子在冰中的能量损失过程，重建了μ子束的能量损失.深冰中高能μ子束的重建和表面探测器中低能粒子横向分布的重建结果可以结合起来研究初级成分和能量。模拟和实验数据的性能和组成的灵敏度进行了讨论。
2009-12-23 astro-ph.HE
Parametrization of the Relative Amplitude of Geomagnetic and Askaryan Radio Emission from Cosmic-Ray Air Showers using CORSIKA/CoREAS Simulations (ICRC2021)
宇宙射线是宇宙中高能事件的信使。这些罕见的超高能粒子可以使用大型无线电天线阵列以经济实惠的方式有效检测。线极化地磁辐射是大气簇射中的带电粒子在地球磁场中发生偏转时产生的主要辐射机制。次主导的Askaryan发射是径向偏振的，并产生由于随时间变化的负电荷过剩的簇射阵面。这两个发射分量的相对幅度取决于各种空气簇射参数，如到达方向和簇射最大值的深度。我们研究了这些依赖关系，使用CoREAS模拟无线电发射的空气淋浴在南极使用星形天线布局。一方面，参数化的Askaryan-地磁比可以用作输入更准确的重建簇射能量。另一方面，如果测量得足够精确，这个比值可能提供一种新的方法来重建簇射极大值的大气深度。
2021-08-13 astro-ph.HE
Science Potential and Technical Design of the IceCube-Gen2 Surface Array (UHECR 2024)
本文介绍 IceCube-Gen2 地面阵列的设计，用于 PeV-EeV 宇宙线物理，通过闪烁体和无线电天线测量，孔径较 IceCube 增 30 倍，研究质量组成、各向异性及 PeV 光子。
2025-02-27 astro-ph.HE astro-ph.IM
Autonomous radiodetection of air showers with the TREND50 antenna array
TREND 50是一个无线电探测装置，由50个自触发天线组成，工作频率在50- 100 MHz，部署在中国天山的无线电安静山谷。TREND 50实现了其目标：自主无线电探测和识别空气簇射。由于采用了专门的离线选择算法，在该装置运行的前两年（2011年和2012年）的314个实时数据日期间记录的$7\cdot10^8$瞬态无线电信号中确实选择了564个空气簇射候选者。该事件率以及候选到达方向的分布与根据模拟从宇宙射线诱导的空气簇射所预期的一致，假设背景事件对最终样品的额外$\sim$ 20%污染。该结果是以降低的空气簇射检测效率为代价获得的，估计为$\sim$ 3%。这种低效率主要是由于设置的大量死区时间。这一结果为GRAND项目的第一阶段GRANDProto 35实验铺平了道路。
2019-03-27 astro-ph.HE astro-ph.IM
Superheavy Particle Origin of IceCube PeV Neutrino Events
我们解释的PeV淋浴事件所观察到的IceCube合作作为一个s-通道增强中微子夸克散射的一个leptoquark耦合到的τ味和轻夸克。对于质量约为0.6 TeV的轻夸克和陡峭的1/E^{2.3}中微子流，带电流散射产生约1 PeV的簇射事件，中性流散射产生约0.5 PeV的簇射事件。这种机制也与100 TeV以上μ子轨道事件的缺乏是一致的。
2013-10-26 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Estimation of $X_\mathrm{max}$ for air showers measured at IceCube with elevated radio antennas of a prototype surface station
本研究利用部署在南极的增强型表面阵列原型站的三臂星形无线电天线，通过将观测事件直接与CoREAS模拟对比的最先进重建方法，估计了空气簇射的能量和$X_\mathrm{max}$，以确定宇宙射线质量组成。
2023-07-28 astro-ph.HE astro-ph.IM
Spectrum of PeV Cosmic-Ray Protons and Helium Nuclei with IceCube
Institute of Experimental Particle Physics, Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院实验粒子物理研究所）
本文提出从 200 TeV 起重建宇宙线质子和氦核联合能谱的方法，利用 IceCube 与 IceTop 数据填补轻宇宙线在 TeV 至 PeV 能区的测量空白。
2025-11-07 astro-ph.HE
Radio detection of air showers with the ARIANNA experiment on the Ross Ice Shelf
阿里安纳六角形射电阵列（HRA）是一个处于试验阶段的实验，旨在探测能量超过10^16 eV的宇宙成因中微子。最像中微子的背景来自空气簇射的无线电发射。本文报道了在模拟和探测宇宙射线信号方面所做的努力。本文描述了全射电自触发数据集，给出了在\unit [100-500]{MHz}频率范围内探测到的空气簇射信号的性质及其对中微子探测的影响。38个空气簇射信号的波形特征明显，与模拟结果吻合较好，证明了ARIANNA对中微子射电信号的高分辨能力。在平均能量为$6.5^{+1.2}_{-1.0}\times10^{17}$ eV的宇宙线通量被测量为$1.1^{+1.0}_{-0.7}\times10^{-16}$ eV $^{-1}$ km $^{-2}$ sr $^{-1}$ yr $^{-1}$和一个五重符合事件被用来说明ARIANNA探测器重建空气簇射的到达方向和能量的能力。
2017-03-01 astro-ph.HE astro-ph.IM
Tunka-Rex: energy reconstruction with a single antenna station (ARENA 2016)
通卡-雷克斯（Tunka-Rex）是一个探测西伯利亚空气阵雨的无线电探测器。从2012年到2014年，通卡-雷克斯与其主机实验通卡-133空气切伦科夫阵列一起运行，该阵列提供触发，数据采集和独立的空气淋浴重建。结果表明，对于至少有3个天线的事件，利用距簇射轴120 m处的射电振幅作为能量估计，Tunka-Rex方法可以重建出精度为15%的空气簇射能量。使用来自主实验Tunka-133的空气簇射几何形状（簇射核心和方向）的重建，能量估计器原则上已经可以通过接近参考距离的单个天线的测量获得。本文提出了一种只需要一根天线就可以实现同相轴选择和能量重构的方法，其精度可达20%左右。该方法增加了有效探测器面积，降低了天顶距和能量的阈值，导致比标准重建中多三倍的事件。
2017-02-01 astro-ph.HE astro-ph.IM
Radio detection of Cosmic Rays with the IceCube Surface Array Enhancement
本文介绍了在IceTop表面阵列增加射电天线和闪烁体探测器以增强宇宙线探测，报告了原型站射电天线与IceTop的大气簇射符合测量结果及角分辨率，并详述了最新野外考察期间两个新站点的部署与调试。
2025-09-16 astro-ph.HE astro-ph.IM
Advances in reconstructing the cosmic-ray energy spectrum with IceTop
本文提出了 IceTop 阵列在宇宙射线能谱重建方面的三项重大改进，包括处理积雪信号衰减、优化分析截断及结合深部探测器数据的新重建方法，显著提升了事件统计量与能谱测量范围。
2025-07-11 astro-ph.HE
Radio detection of Extensive Air Showers (ECRS 2016)
宇宙射线空气簇射的主要由地磁产生的无线电发射的探测提供了空气切伦科夫和空气荧光探测的替代方案，因为它不限于晴朗的夜晚。像这些已建立的方法一样，无线电信号对量热能量和电磁簇射分量的最大值的位置敏感。这使得天线阵列成为粒子探测器阵列的理想延伸，其能量超过初级宇宙射线粒子的阈值约100 PeV。在过去的几年里，宇宙射线空气簇射的数字无线电技术再次取得了重大进展，现在有一个一致的图像，由几次测量证实的发射机制。AERA和Tunka-Rex天线阵列的最新结果证实，簇射能量的绝对准确性与其他探测技术一样好。此外，对无线电信号簇射最大值的敏感性已经在通卡-雷克斯的空气切伦科夫测量的直接比较中得到证实。密集天线阵列LOFAR在宇宙射线质量组成的准确性方面已经可以与现有技术相媲美。在未来，新一代的无线电实验可能会推动这一领域的发展：要么为倾斜的宇宙射线或中微子簇射提供极大的曝光量，要么像澳大利亚的SKA核心那样，提供极其详细的测量。
2017-01-19 astro-ph.HE astro-ph.IM
A novel approach for air shower profile reconstruction with dense radio antenna arrays using Information Field Theory
本文提出基于信息场论的新框架，利用密集无线电天线阵列数据高效重建空气簇射纵向轮廓，超越仅恢复Xmax，并验证于LOFAR模拟数据，助力宇宙射线质量组成研究。
2025-08-06 astro-ph.HE astro-ph.IM
Air Shower Detection by Arrays of Radio Antennas (ISVHECRI 2018)
天线阵列正开始对高能天体粒子物理学作出重要贡献，最近在空气簇射的无线电技术方面取得的进展为这种贡献提供了支持。这篇文章更新了我在Prog.部分核物理93（2017）1 [arXiv：1607.08781]。它侧重于目前和计划中的大气粒子级联无线电阵列，并简要提到一些在其他介质，如冰的发展原型实验。虽然成为今天宇宙射线核的标准技术，但在未来，无线电探测可能会推动PeV和EeV能量的所有类型的初级信使的领域，包括光子和中微子。在宇宙射线物理学中，除了高统计数据外，精确度也变得越来越重要。各种天线阵列已经证明，它们可以与传统技术在到达方向，能量和簇射最大值位置的准确性上竞争。将天线和粒子探测器组合在一个阵列中，是以较低的额外成本提高高能宇宙射线总体精度的直接方法。特别是无线电和μ子探测器的组合不仅可以提高宇宙射线质量组成的准确性，而且还可以增加γ-强子分离并促进PeV和EeV光子的搜索。最后，无线电技术可以扩展到大面积，为超高能中微子天文学提供所需的巨大孔径。
2018-11-05 astro-ph.HE astro-ph.IM
Time Calibration of the Radio Air Shower Array LOPES
LOPES是由30个校准偶极天线组成的数字读出天线阵列。它位于卡尔斯鲁厄研究中心的KASCADE-Grande实验场地，测量40至80兆赫频带内宇宙射线空气簇射的无线电发射。LOPES由KASCADE触发，并使用KASCADE重建的簇射轴作为分析无线电脉冲的输入。因此，当所有天线的信号被数字合并以形成进入簇射方向的波束时，LOPES作为干涉仪工作。为了对无线电信号的相干性敏感，需要精确到1 ns量级的精确时间校准。因此，有必要知道每个天线的延迟，这是时间和频率相关的。在分析中进行几次校准测量以纠正这种延迟：通过记录在已知时间发射的测试脉冲，定期测量每个天线的群延迟（大约每年一次）。此外，通过所谓的相位校准方法连续监测延迟：信标（偶极天线）连续发射63.5 MHz和68.1 MHz的两个正弦波。由此，可以在无线电事件的后续分析中将延迟的变化检测为这些频率处的相位的变化。最后，模拟电子器件的色散已被测量，以考虑延迟的频率依赖性。
2009-07-17 astro-ph.HE astro-ph.IM
Plans for a new array of radio antennas for the detection of air showers at the 433m surface-detector array of the Pierre Auger Observatory
本文提出在Pierre Auger Observatory部署新射电天线阵列的设计方案，通过结合地下μ子探测器实现高效射电探测，以联合研究μ子成分与簇射最大深度，从而更准确地确定宇宙射线质量成分。
2025-03-03 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ex
