Superconducting cosmic string loops as cosmic accelerators of cosmic rays

Summary

A superconducting cosmic string loop can carry such a large current ≈ 10²⁰ A which causes a strong magnetic field around it. The motion of the loop yields an electric field which accelerates charged particles. A simple model for the acceleration mechanism is presented. It is shown that particles may get ultra-high-energies ∼ 10²⁰ eV and their integral energy spectrum is proportional toε ^−1/2. The expected spectrum for reasonable parameters of the string is consistent with experiments. Constraints on the radius of the loop are also discussed.

Riassunto

Un cappio della stringa cosmica superconduttiva può trasportare una corrente≈ 10²⁰ A cosí grande da causare un forte campo magnetico intorno ad essa. Il moto del cappio origina un campo elettrico che accelera le particelle cariche. Si presenta un semplice modello per il meccanismo di accelerazione. Si mostra che le particelle possono produrre energie ultra alte ∼10²⁰ eV e il loro spettro d’energia integrale è proporzionale aε ^−1/2. Lo spettro previsto per parametri ragionevoli della stringa è compatibile con gli esperimenti. Si esaminano anche i vincoli sul raggio del cappio.

Резюме

Сверхпроводящая космическая струнная петля может нести такой большой ток ∼10²⁰ А, который вызывает сильное магнитное поле вокруг петли. Движение петли порождает электрическое поле, которое ускоряет заряженные частицы. Предполагается простая модель механизма ускорения. Показывается, что частицы могут ускоряться до ультравысоких энергий ∼10²⁰ эВ и их интегральный энергетический спектр оказывается пропорциональнымε ^−1/2. Ожидаемый спектр для правоподобных параметров струны согласуется с экспериментами. Также обсуждаются ограничения на радиус петли.