極高能中微子是能量范圍在TeV(1012eV)以上的中微子。位于南極的Ice-Cube 中微子探測器建成至今已探測到 80 多個能量介于 100 TeV 和 10 PeV 之間的極高能中微子,并且這些極高能中微子大多數(shù)都是來自于太陽系外的天體物理源。在天體物理源中,極高能中微子的兩個主要產(chǎn)生途徑為宇宙射線和”靶”(質(zhì)子或光子)發(fā)生反應并產(chǎn)生極高能的光子和中微子,即pp/pγ過程。在本篇論文中,我們采用了 FWW近似的方法,在質(zhì)子的靜止系中將磁場比作“虛光子”,并計算得到了宇宙射線和磁場之間的“碰撞”產(chǎn)生極高能中微子和光子的過程。我們將其命名為pB過程。當質(zhì)子的洛倫茲因子和磁場強度的乘積γpB(?)5 × 1018 G時,pB過程達到反應閾值,質(zhì)子能量損失率迅速上升超過光子同步輻射。在閾值以上,pB過程引起的質(zhì)子能量損失率比由于同一磁場中質(zhì)子的光子同步輻射高約兩到三個數(shù)量級。同時,我們計算了 pB過程產(chǎn)物中微子、光子譜,討論了其在天體物理環(huán)境中,如在白矮星大氣,中子星或恒星質(zhì)量黑洞等環(huán)境中的應用。并將FWW近似方法拓展到重核子的光致分解,得到類似的“磁致分解”效應。同時,我們重點討論了 pB過程在雙黑洞并合事件中的應用。黑洞并合事件是由advanced-LIGO首次發(fā)現(xiàn),對于恒星級雙黑洞的并合,在并合前周圍氣體已經(jīng)被吸積干凈,很難產(chǎn)生足夠強能被觀測到的電磁和中微子輻射。但是新形成黑洞周圍少量的等離子體可以在短時間內(nèi)支撐一個強度為1011 G的磁場,由于曲率輻射的限制,質(zhì)子的能量最高可以加速到～1017eV。在最樂觀的情況中,如果不考慮質(zhì)子在加速中的能量損失,質(zhì)子可以被加速至～1020eV。加速后,質(zhì)子能量損失的主導過程為pB過程,并且可以產(chǎn)生能量～10 EeV的中微子。對于Advanced-LIGO看到的事件GW150914來說,中微子的流量低于IceCube的探測極限。但是來自距離(?)5Mpc的近源的中微子流量可被IceCube看到,來自黑洞并合事件的彌散中微子背景能夠被未來的IceCube-Gen2探測到。
【學位單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：P141.8
【部分圖文】：

?都處于ＫＭ３ＮｅＴ的探測范圍內(nèi)。??如圖１．３所示，在南極的冰內(nèi)，ＩｃｅＣｕｂｅ組件是由５，１６０個數(shù)字光學模塊（ｄｉｇｉｔａｌ??ｏｐｔｉｃａｌ?ｍｏｄｕｌｅ，簡寫為ＤＯＭ）組成，每個模塊都是由一個１０英寸的光電倍增管??和對應的電子元件組成。數(shù)字光學模塊附著在８６根垂直的“弦”上，被放在在冰??面以下的１４５０米到２４５０米深的地方，排列成了一個體積約一立方公里的陣列。??弦上的數(shù)字光學模塊的垂直間隔為１７米，每根弦上有６０個數(shù)字光學模塊；弦的??水平分布為六邊形網(wǎng)格狀，間距為１２５米。??？?Ｉｃｅｃｕｂｅ??－??５〇?ｍ?ｋｅＴｉ－ｐ?，??，：?，：ａ＞－??Ａｍｕｎｄｓｅｎ－Ｓｃｏｔｔ?Ｓｏｕｔｈ??ｍ…?Ｐｏｌｅ?Ｓｔａｔｉｏｎ

的幾率也更大。通過觀測數(shù)據(jù)我們可以反推出中微子的能量，但是只能十分粗略??地分辨它來源的方向（？１０°）。??圖１．４是ＩｃｅＣｕｂｅ于２０１０年６月４日觀測到的一個能量為１１７．０ＴｅＶ的典型??的團狀事件的觀測數(shù)據(jù)。在圖１．４中，有顏色的色塊則表示有探測到光信號的區(qū)??域，色塊的大小和探測到光子數(shù)成正比。不同顏色代表的是數(shù)字光學模塊響應的??時間先后，整體時間線從早到晚的顏色是由紅色向綠色過渡。上方的三個小圖為??這個信號在ＩｃｅＣｕｂｅ探測器中的三視圖，在下方的大圖中數(shù)字光學模塊組成的弦??用灰色線表示。??（２）類軌跡（Ｔｒａｃｋ－ｌｉｋｅ）事件??軌跡事件的主要反應式可以寫為??Ｖｙ?＋?Ｎ?—?ｔｉ?＋?Ｘ?（１．２）??當一個＃子中微子進入探測器內(nèi)部，通過交換帶電的玻色子和冰中的核子??反應并生成一個＂子，／／子在光電倍增管中發(fā)生切倫科夫輻射并形成一個小團??狀的信號。由于＂子的半衰期為？１ＣＴ６ｓ，生成的極端相對論的＃子在冰中行走??一段很短的距離后

?ｒＭ、??Ｔ：ｎｎ＊??圖１．４丨ｃｅｃｕｂｅ中一個團狀事件的觀測實例，來自網(wǎng)頁ｉｃｅｃｕｂｅ．ｗｉｓｃ．ｅｄｕ。這也是文獻丨２丨中??報道的烈個中微子中的第一個中微子事件。??１０??
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本文編號：2859643