Muons from high-energy cosmic photino

Summary

The muon production at photino-nucleon$(\bar \gamma \mathcal{N})$ interaction for high-energy photino (E⊂)10⁴GeV) is studied. The production of muons is the result of the creation and the subsequent decay of charmed hadrons. The quark subprocess considered is$\bar \gamma + g \to c(\bar c) + \mathop c\limits^ \simeq (\tilde c)$. In the calculation the chains of reactions$\tilde c \to c \to D \to \mu$ and c→D→μ are taken into account. The main contribution to a muon flux is given by the production of$\bar c$-quark. Muon fluxes from high-energy cosmic photino absorbed in water (ground) and atmosphere are calculated. For muon energy above −2.10³GeV the ration of equilibrium underground muon flux to photino flux$r_\mu ^{\bar \gamma } (E) = j_\mu (E)/j_{\bar \gamma } (E)$ decreases with a rise of energyE because of nuclear interactions of D-mesons at decay length, and at energy −2·10⁵GeV the vertical muon flux created in the atmosphere becomes comparable with underground equilibrium flux. The production of muons by photino is less effective than by neutrino: the ratio$r_\mu ^{(\nu )} = j_\mu (E)/j_{\nu _\mu + \bar \nu _\mu } (E)$ is higher than$r_\mu ^{(\tilde \gamma )}$ for all energies. On the other hand, the cross-section at superhigh energies is by a factor of −10² larger than the$\nu \mathcal{N}$ cross-section. This fact gives some signature of photino flux from source in case of combined observations by sea-level EAS arrays and underground detectors: large EAS flux and relatively small flux of underground high-energy muons.

Riassunto

Si studia la produzione di muoni nell'interazione fra il fotino e il nucleone$(\bar \gamma \mathcal{N})$ per il fotino ad alta energia (E>-10⁴GeV). La produzione dei muoni è il risultato della creazione e del conseguente decadimento di adroni con charm. Il subprocesso dei quark considerato è$\bar \gamma + g \to c(\bar c) + \mathop c\limits^ \simeq (\bar c)$. Nel calcolo sono considerate le catene di reazioni$\tilde c \to c \to D \to \mu$ e c→D→μ. Il contributo principale al flusso dei muoni è dato dalla produzione del quark$\tilde c$. Si calcolano i flussi dei muoni dal fotino cosmico ad alta energia assorbito nell'acqua (terra) e nell'atmosfera. Per un'energia dei muoni sopra ≈2·10³GeV il rapporto tra il flusso dei muoni sotterranei in equilibrio e il flusso dei fotini$r_\mu ^{(\bar \gamma )} (E) = j_\mu (E)/j_{\bar \gamma } (E)$ diminuisce al crescere dell'energiaE a causa delle interazioni dei mesoni D a lunghezza di decadimento, e ad un'energia ∼2·10⁵GeV il flusso dei muoni verticale creato nell'atmosfera diventa paragonabile al flusso in equilibrio sotterraneo. La produzione di muoni da parte del fotino è meno efficace di quella causata dal neutrino: il rapporto$r_\mu ^{(\nu )} = j_\mu (E)/j_{\nu _\mu + \bar \nu _\mu } (E)$ è maggiore di$r_\mu ^{(\bar \gamma )}$ per tutte le energie. D'altra parte, la sezione d'urto ad energie super alte è maggiore della sezione d'urto$\nu \mathcal{N}$ di un fattore di ∼10². Essa dà un qualche segno del flusso dei fotini dalla sorgente in caso di osservazioni combinate da schiere EAS a livello del mare e rilevatori sotterranei: un alto flusso EAS e uno relativamente ridotto di muoni sotterranei ad alta energia.

Реэуме

Исспедется роздение муонов ири взаямцеиствиях фотино с нуклонами$(\bar \gamma \mathcal{N})$ ири энергиях фотино (E>=10⁴ ГэВ). Роздение муонов ирецтавляет реэултат обраэования и поцледыюшего раццада ачарованных адронов. Рааццматqrиваетця кварковыи цубпроцецц$\bar \gamma + g \to c(\bar c) + \mathop c\limits^ \simeq (\tilde c)$. При вычициениях учитываутця кварковыи реакций$\tilde c \to c \to D \to \mu$ и c→D→μ. Оцновной вклац в мюнный поток опредчтця рождением$\bar c$-кварка. Вычицяютця потокоцмичецнмх фотино, поглощенные в воде (эемле) и в атмосфере. Для мюонов с энергиями выще ∼ 2·10³ ГэВ отнощение равновесного потока мюонов поц эемлей к пооку фотино$r_\mu ^{\bar \gamma } (E) = j_\mu (E)/j_{\bar \gamma } (E)$ уменящается с ростом энерпии Э иэ-эа ядерных бэаимодействий Д-меэонов на длине распада, и при энергии ∼2·10⁵ ГэВ вертикальный поток мюнов, образованных в атмосфере, становится сравнимым с равновесным потоком под землей. Рождение мюонов фотино оказывается менее эффективным, чем рождение мюонов нейтрино: отношение$r_\mu ^{(\nu )} = j_\mu (E)/j_{\nu _\mu + \bar \nu _\mu } (E)$ выше, чем$r_\mu ^{(\tilde \gamma )}$ для всех энергиях. С другой стороны, поперечное сечение при супервысоких энергиях оказывается примерно в 10² раз больше, чем$\nu \mathcal{N}$ сечение. В работе приводятся некоторые сигнатуры для потока фотино от источника в случае комбинированных наблюдений с помощью антенн широких атмосферных ливней на уровне моря и с помщью подземных детекторов: большой поток широких атмосферных ливней и относительно малый поток подземных мюонов высоких энергий.