利用 Pierre Auger 观测站探索 100 TeV 尺度的强离子相互作用

来自地球大气层的厚爆炸（extensive air showers）由超高能宇宙射线（$E > 10^{18}$ eV）的相互作用产生，为探索 100 TeV 中心-of-mass 能量尺度的强离子相互作用提供了具有挑战性却独特的途径。超过 20 年的观测运行中，Pierre Auger 观测站提供了对人造粒子加速器能量之外的强离子相互作用建模的宝贵见解。值得注意的是，当前强离子相互作用模型的预测在能量越大时，与测量结果之间的 μ 子缺口（muon deficit）越来越明显。目前，从 μ 子含量估计的核质量组成解释与来自电磁组分最大深度（depth of the maximum of electromagnetic profiles）的直接测量结果存在矛盾。然而，测得的 μ 子含量波动与模型预测相符。这表明强离子模型中存在小的偏差，这些偏差在整个喷发发展过程中累积，而非在前几次强离子相互作用计算中存在大误差。我们还通过独立的数据驱动分析表明，如果将空气喷发轮廓的最大深度预测值向更重的质量组成偏移 30-50 g cm$^{-2}$，可缓解 μ 子缺口。近期，我们还提供了中心-of-mass 能量为 57 TeV 时的 proton-proton 跨截面积的最新测量值，并通过利用 AugerPrime（该观测站的最新升级）的表面碳化物探测器的晚期信号，首次估计了空气喷发中中子含量。随着 AugerPrime 的推出，我们预计将在未来十年内为 100 TeV 尺度的强离子相互作用提供突破性结果。