超高能中微子的级联效应
Cascades from ultra-high-energy neutrinos
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中文总结 AI 辅助
本研究开发了扩展自CRPropa的νpropa框架，用于研究超高能中微子传播的级联效应，发现高红移源的10²¹ eV以上中微子通量被强吸收，次级中微子可部分补偿，该框架为未来中微子天文台提供预测。
中文摘要 AI 辅助
最高能段产生的中微子在向地球传播过程中会与宇宙中微子及辐射背景发生相互作用，众多可用的νν、νν̄、νγ反应道会导致中微子被吸收或发生能量再分配，而轻子和强子末态可通过产生的重轻子、玻色子及夸克的衰变或强子化过程，为中微子、质子及电磁粒子的次级通量提供来源。我们提出了一个详细表征这些传播效应的框架：νpropa，它是CRPropa蒙特卡洛代码的扩展版本，可与事例生成器及相关截面的专用计算对接，同时还能处理真空中的味振荡。利用该代码，我们研究了高红移（z=10）处的源，发现约10²¹ eV以上的即时通量存在强吸收，不过大量次级中微子会部分补偿这种损耗，也对较低能段的谱有贡献。该框架旨在研究EeV能量以上的宇宙学中微子产生场景，如超重暗物质、宇宙弦及原初黑洞，并为即将到来的中微子天文台提供可靠预测。
英文摘要
Neutrinos produced at the highest energies can interact with cosmic neutrino and radiation backgrounds during their propagation to Earth. The many available $νν$, $ν\barν$, and $νγ$ channels can lead to their absorption or energy redistribution, whilst the leptonic and hadronic final states may feed secondary fluxes of neutrinos, protons, and electromagnetic particles through the decay or hadronisation of the heavy leptons, bosons, and quarks produced. We present a framework to characterise these propagation effects in detail, \texttt{$ν$propa}, an extension of the CRPropa Monte Carlo code that interfaces with event generators and to dedicated computations of the relevant cross sections. It also treats flavour oscillations in vacuum. Using this code, we investigate sources at high redshifts ($z = 10$), and find a strong absorption of the prompt flux beyond~$\sim 10^{21} \; \text{eV}$, although the copious secondary neutrinos partially compensate this depletion, also contributing to the spectrum at lower energies. The framework is designed to study scenarios of cosmological neutrino production beyond~EeV energies such as superheavy dark matter, cosmic strings, and primordial black holes, and to yield reliable predictions for the forthcoming neutrino observatories.
发表机构
- Instituto de Física Teórica UAM/CSIC（UAM/CSIC理论物理研究所）
- Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）
- Max-Planck-Institut für Physik（马克斯·普朗克物理研究所）
- Sorbonne Université（索邦大学）
- Institut d’Astrophysique de Paris (IAP), CNRS（巴黎天体物理学研究所（CNRS））
- Instituto de Física Corpuscular (IFIC), CSIC-UV（粒子物理研究所（IFIC，CSIC-瓦伦西亚大学））
机构由 AI 辅助整理，请以论文原文为准。
