High-energy cosmic rays and the Greisen-Zatsepin-Kuz′min effect

被引:26
作者
Watson, A. A. [1 ]
机构
[1] Univ Leeds, Sch Phys & Astron, Leeds LS2 9JT, W Yorkshire, England
关键词
EXTENSIVE AIR-SHOWERS; SPECTRUM; FLUORESCENCE; RADIATION; SIMULATIONS; PARTICLES; EMISSION; ORIGIN; CUTOFF; MODEL;
D O I
10.1088/0034-4885/77/3/036901
中图分类号
O4 [物理学];
学科分类号
0702 ;
摘要
Although cosmic rays were discovered over 100 years ago their origin remains uncertain. They have an energy spectrum that extends from similar to 1 GeV to beyond 10(20) eV, where the rate is less than 1 particle per km(2) per century. Shortly after the discovery of the cosmic microwave background in 1965, it was pointed out that the spectrum of cosmic rays should steepen fairly abruptly above about 4 x 10(19) eV, provided the sources are distributed uniformly throughout the Universe. This prediction, by Greisen and by Zatsepin and Kuz'min, has become known as the GZK effect and in this article I discuss the current position with regard to experimental data on the energy spectrum of the highest cosmic-ray energies that have been accumulated in a search that has lasted nearly 50 years. Although there is now little doubt that a suppression of the spectrum exists near the energy predicted, it is by no means certain that this is a manifestation of the GZK effect as it might be that this energy is also close to the maximum to which sources can accelerate particles, with the highest energy beam containing a large fraction of nuclei heavier than protons. The way forward is briefly mentioned.
引用
收藏
页数:24
相关论文
共 121 条
[1]   First observation of the Greisen-Zatsepin-Kuzmin suppression [J].
Abbasi, R. U. ;
Abu-Zayyad, T. ;
Allen, M. ;
Amman, J. F. ;
Archbold, G. ;
Belov, K. ;
Belz, J. W. ;
Ben Zvi, S. Y. ;
Bergman, D. R. ;
Blake, S. A. ;
Brusova, O. A. ;
Burt, G. W. ;
Cannon, C. ;
Cao, Z. ;
Connolly, B. C. ;
Deng, W. ;
Fedorova, Y. ;
Finley, C. B. ;
Gray, R. C. ;
Hanlon, W. F. ;
Hoffman, C. M. ;
Holzscheiter, M. H. ;
Hughes, G. ;
Huentemeyer, P. ;
Jones, B. F. ;
Jui, C. C. H. ;
Kim, K. ;
Kirn, M. A. ;
Loh, E. C. ;
Maestas, M. M. ;
Manago, N. ;
Marek, L. J. ;
Martens, K. ;
Matthews, J. A. J. ;
Matthews, J. N. ;
Moore, S. A. ;
O'Neill, A. ;
Painter, C. A. ;
Perera, L. ;
Reil, K. ;
Riehle, R. ;
Roberts, M. ;
Rodriguez, D. ;
Sasaki, N. ;
Schnetzer, S. R. ;
Scott, L. M. ;
Sinnis, G. ;
Smith, J. D. ;
Sokolsky, P. ;
Song, C. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2008, 100 (10)
[2]   Indications of Proton-Dominated Cosmic-Ray Composition above 1.6 EeV [J].
Abbasi, R. U. ;
Abu-Zayyad, T. ;
Al-Seady, M. ;
Allen, M. ;
Amman, J. F. ;
Anderson, R. J. ;
Archbold, G. ;
Belov, K. ;
Belz, J. W. ;
Bergman, D. R. ;
Blake, S. A. ;
Brusova, O. A. ;
Burt, G. W. ;
Cannon, C. ;
Cao, Z. ;
Deng, W. ;
Fedorova, Y. ;
Finley, C. B. ;
Gray, R. C. ;
Hanlon, W. F. ;
Hoffman, C. M. ;
Holzscheiter, M. H. ;
Hughes, G. ;
Huentemeyer, P. ;
Jones, B. F. ;
Jui, C. C. H. ;
Kim, K. ;
Kirn, M. A. ;
Loh, E. C. ;
Liu, J. ;
Lundquist, J. P. ;
Maestas, M. M. ;
Manago, N. ;
Marek, L. J. ;
Martens, K. ;
Matthews, J. A. J. ;
Matthews, J. N. ;
Moore, S. A. ;
O'Neill, A. ;
Painter, C. A. ;
Perera, L. ;
Reil, K. ;
Riehle, R. ;
Roberts, M. ;
Rodriguez, D. ;
Sasaki, N. ;
Schnetzer, S. R. ;
Scott, L. M. ;
Sinnis, G. ;
Smith, J. D. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2010, 104 (16)
[3]   Measurement of the flux of ultra high energy cosmic rays by the stereo technique [J].
Abbasi, R. U. ;
Abu-Zayyad, T. ;
Al-Seady, M. ;
Allen, M. ;
Amann, J. F. ;
Archbold, G. ;
Belov, K. ;
Belz, J. W. ;
Bergman, D. R. ;
Blake, S. A. ;
Brusova, O. A. ;
Burt, G. W. ;
Cannon, C. ;
Cao, Z. ;
Deng, W. ;
Fedorova, Y. ;
Findlay, J. ;
Finley, C. B. ;
Gray, R. C. ;
Hanlon, W. F. ;
Hoffman, C. M. ;
Holzscheiter, M. H. ;
Hughes, G. ;
Huentemeyer, P. ;
Ivanov, D. ;
Jones, B. F. ;
Jui, C. C. H. ;
Kim, K. ;
Kirn, M. A. ;
Loh, E. C. ;
Maestas, M. M. ;
Manago, N. ;
Marek, L. J. ;
Martens, K. ;
Matthews, J. A. J. ;
Matthews, J. N. ;
Moore, S. A. ;
O'Neill, A. ;
Painter, C. A. ;
Perera, L. ;
Reil, K. ;
Riehle, R. ;
Roberts, M. D. ;
Rodriguez, D. ;
Sasaki, M. ;
Schnetzer, S. R. ;
Scott, L. M. ;
Sinnis, G. ;
Smith, J. D. ;
Snow, R. .
ASTROPARTICLE PHYSICS, 2009, 32 (01) :53-60
[4]   Correlation of the highest-energy cosmic rays with nearby extragalactic objects [J].
Abraham, J. ;
Abreu, P. ;
Aglietta, M. ;
Aguirre, C. ;
Allard, D. ;
Allekotte, I. ;
Allen, J. ;
Allison, P. ;
Alvarez, C. ;
Alvarez-Muniz, J. ;
Ambrosio, M. ;
Anchordoqui, L. ;
Andringa, S. ;
Anzalone, A. ;
Aramo, C. ;
Argiro, S. ;
Arisaka, K. ;
Armengaud, E. ;
Arneodo, F. ;
Arqueros, F. ;
Asch, T. ;
Asorey, H. ;
Assis, P. ;
Atulugama, B. S. ;
Aublin, J. ;
Ave, M. ;
Avila, G. ;
Baecker, T. ;
Badagnani, D. ;
Barbosa, A. F. ;
Barnhill, D. ;
Barroso, S. L. C. ;
Bauleo, P. ;
Beatty, J. ;
Beau, T. ;
Becker, B. R. ;
Becker, K. H. ;
Bellido, J. A. ;
BenZvi, S. ;
Berat, C. ;
Bergmann, T. ;
Bernardini, P. ;
Bertou, X. ;
Biermann, P. L. ;
Billoir, P. ;
Blanch-Bigas, O. ;
Blanco, F. ;
Blasi, P. ;
Bleve, C. ;
Bluemer, H. .
SCIENCE, 2007, 318 (5852) :938-943
[5]   Measurement of the energy spectrum of cosmic rays above 1018 eV using the Pierre Auger Observatory [J].
Abraham, J. ;
Abreu, P. ;
Aglietta, M. ;
Ahn, E. J. ;
Allard, D. ;
Allen, J. ;
Alvarez-Muniz, J. ;
Ambrosio, M. ;
Anchordoqui, L. ;
Andringa, S. ;
Anticic, T. ;
Anzalone, A. ;
Aramo, C. ;
Arganda, E. ;
Arisaka, K. ;
Arqueros, F. ;
Asorey, H. ;
Assis, P. ;
Aublin, J. ;
Ave, M. ;
Avila, G. ;
Baecker, T. ;
Badagnani, D. ;
Balzer, M. ;
Barber, K. B. ;
Barbosa, A. F. ;
Barroso, S. L. C. ;
Baughman, B. ;
Bauleo, P. ;
Beatty, J. J. ;
Becker, B. R. ;
Becker, K. H. ;
Belletoile, A. ;
Bellido, J. A. ;
BenZvi, S. ;
Berat, C. ;
Bergmann, T. ;
Bertou, X. ;
Biermann, P. L. ;
Billoir, P. ;
Blanch-Bigas, O. ;
Blanco, F. ;
Blanco, M. ;
Bleve, C. ;
Bluemer, H. ;
Bohacova, M. ;
Boncioli, D. ;
Bonifazi, C. ;
Bonino, R. ;
Borodai, N. .
PHYSICS LETTERS B, 2010, 685 (4-5) :239-246
[6]   Measurement of the Depth of Maximum of Extensive Air Showers above 1018 eV [J].
Abraham, J. ;
Abreu, P. ;
Aglietta, M. ;
Ahn, E. J. ;
Allard, D. ;
Allekotte, I. ;
Allen, J. ;
Alvarez-Muniz, J. ;
Ambrosio, M. ;
Anchordoqui, L. ;
Andringa, S. ;
Anticic, T. ;
Anzalone, A. ;
Aramo, C. ;
Arganda, E. ;
Arisaka, K. ;
Arqueros, F. ;
Asorey, H. ;
Assis, P. ;
Aublin, J. ;
Ave, M. ;
Avila, G. ;
Baecker, T. ;
Badagnani, D. ;
Balzer, M. ;
Barber, K. B. ;
Barbosa, A. F. ;
Barroso, S. L. C. ;
Baughman, B. ;
Bauleo, P. ;
Beatty, J. J. ;
Becker, B. R. ;
Becker, K. H. ;
Belletoile, A. ;
Bellido, J. A. ;
BenZvi, S. ;
Berat, C. ;
Bergmann, T. ;
Bertou, X. ;
Biermann, P. L. ;
Billoir, P. ;
Blanch-Bigas, O. ;
Blanco, F. ;
Blanco, M. ;
Bleve, C. ;
Bluemer, H. ;
Bohacova, M. ;
Boncioli, D. ;
Bonifazi, C. ;
Bonino, R. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2010, 104 (09)
[7]   Observation of the suppression of the flux of cosmic rays above 4x1019 eV [J].
Abraham, J. ;
Abreu, P. ;
Aglietta, M. ;
Aguirre, C. ;
Allard, D. ;
Allekotte, I. ;
Allen, J. ;
Allison, P. ;
Alvarez-Muniz, J. ;
Ambrosio, M. ;
Anchordoqui, L. ;
Andringa, S. ;
Anzalone, A. ;
Aramo, C. ;
Argiro, S. ;
Arisaka, K. ;
Armengaud, E. ;
Arneodo, F. ;
Arqueros, F. ;
Asch, T. ;
Asorey, H. ;
Assis, P. ;
Atulugama, B. S. ;
Aublin, J. ;
Ave, M. ;
Avila, G. ;
Backer, T. ;
Badagnani, D. ;
Barbosa, A. F. ;
Barnhill, D. ;
Barroso, S. L. C. ;
Baughman, B. ;
Bauleo, P. ;
Beatty, J. J. ;
Beau, T. ;
Becker, B. R. ;
Becker, K. H. ;
Bellido, J. A. ;
BenZvi, S. ;
Berat, C. ;
Bergmann, T. ;
Bernardini, P. ;
Bertou, X. ;
Biermann, P. L. ;
Billoir, P. ;
Blanch-Bigas, O. ;
Blanco, F. ;
Blasi, P. ;
Bleve, C. ;
Mer, H. Blu .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2008, 101 (06)
[8]   Properties and performance of the prototype instrument for the Pierre Auger Observatory [J].
Abraham, J ;
Aglietta, M ;
Aguirre, IC ;
Albrow, M ;
Allard, D ;
Allekotte, I ;
Allison, P ;
Muñiz, JA ;
do Amaral, MG ;
Ambrosio, M ;
Anchordoqui, L ;
Andrews, R ;
Anguiano, M ;
dos Anjos, JC ;
Aramo, C ;
Argiro, S ;
Ariska, K ;
Arteaga, JC ;
Atulugama, S ;
Ave, M ;
Avila, G ;
Baggio, R ;
Bai, X ;
Barbosa, AF ;
Barbosa, HMJ ;
Barnhill, D ;
Barroso, SLC ;
Bauleo, P ;
Beatty, J ;
Beau, T ;
Becker, KH ;
Bellido, JA ;
Bello, P ;
Bergmann, T ;
Berman, E ;
Bertou, X ;
Biermann, P ;
Billoir, P ;
Biral, R ;
Bluemer, H ;
Bohacova, M ;
Bollmann, E ;
Bonifazi, C ;
Boratav, M ;
Boselli, A ;
Brack, J ;
Brunet, JM ;
Bui-Duc, H ;
Cabrera, V ;
Camin, DV .
NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, 2004, 523 (1-2) :50-95
[9]   THE COSMIC-RAY ENERGY SPECTRUM OBSERVED WITH THE SURFACE DETECTOR OF THE TELESCOPE ARRAY EXPERIMENT [J].
Abu-Zayyad, T. ;
Aida, R. ;
Allen, M. ;
Anderson, R. ;
Azuma, R. ;
Barcikowski, E. ;
Belz, J. W. ;
Bergman, D. R. ;
Blake, S. A. ;
Cady, R. ;
Cheon, B. G. ;
Chiba, J. ;
Chikawa, M. ;
Cho, E. J. ;
Cho, W. R. ;
Fujii, H. ;
Fujii, T. ;
Fukuda, T. ;
Fukushima, M. ;
Hanlon, W. ;
Hayashi, K. ;
Hayashi, Y. ;
Hayashida, N. ;
Hibino, K. ;
Hiyama, K. ;
Honda, K. ;
Iguchi, T. ;
Ikeda, D. ;
Ikuta, K. ;
Inoue, N. ;
Ishii, T. ;
Ishimori, R. ;
Ivanov, D. ;
Iwamoto, S. ;
Jui, C. C. H. ;
Kadota, K. ;
Kakimoto, F. ;
Kalashev, O. ;
Kanbe, T. ;
Kasahara, K. ;
Kawai, H. ;
Kawakami, S. ;
Kawana, S. ;
Kido, E. ;
Kim, H. B. ;
Kim, H. K. ;
Kim, J. H. ;
Kim, J. H. ;
Kitamoto, K. ;
Kitamura, S. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2013, 768 (01)
[10]  
Abu-Zayyad T, 2012, ARXIV12014964 TA COL