Ground-based gamma-ray astronomy has had a major breakthrough with the impressive results obtained using systems of imaging atmospheric Cherenkov telescopes. Ground-based gamma-ray astronomy has a huge potential in astrophysics, particle physics and cosmology. CTA is an international initiative to build the next generation instrument, with a factor of 5-10 improvement in sensitivity in the 100 GeV to 10 TeV range and the extension to energies well below 100 GeV and above 100 TeV. CTA will consist of two arrays (one in the north, one in the south) for full sky coverage and will be operated as open observatory. The design of CTA is based on currently available technology. This document reports on the status and presents the major design concepts of CTA.

Events induced by neutral particles and producing hadrons, but no muon or electron, have been observed in the CERN neutrino experiment. These events behave as expected if they arise from neutral current induced processes. The rates relative to the corresponding charged current processes are evaluated.

The very large collection area of ground-based gamma-ray telescopes gives them a substantial advantage over balloon or satellite based instruments in the detection of very-high-energy (>600 GeV) cosmic-ray electrons. Here we present the electron spectrum derived from data taken with the High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) of imaging atmospheric Cherenkov telescopes. In this measurement, the first of this type, we are able to extend the measurement of the electron spectrum beyond the range accessible to direct measurements. We find evidence for a substantial steepening in the energy spectrum above 600 GeV compared to lower energies.

We report on a survey of the inner part of the Galactic plane in very high energy gamma rays with the H.E.S.S. Cerenkov telescope system. The Galactic plane between ±30° in longitude and ±3° in latitude relative to the Galactic center was observed in 500 pointings for a total of 230 hr, reaching an average flux sensitivity of 2% of the Crab Nebula at energies above 200 GeV. Fourteen previously unknown sources were detected at a significance level greater than 4 σ after accounting for all trials involved in the search. Initial results on the eight most significant of these sources were already reported elsewhere (Aharonian and coworkers). Here we present detailed spectral and morphological information for all the new sources, along with a discussion on possible counterparts in other wavelength bands. The distribution in Galactic latitude of the detected sources appears to be consistent with a scale height in the Galactic disk for the parent population smaller than 100 pc, consistent with expectations for supernova remnants and/or pulsar wind nebulae.

The measurement of an excess in the cosmic-ray electron spectrum between 300 and 800 GeV by the ATIC experiment has - together with the PAMELA detection of a rise in the positron fraction up to 100 GeV - motivated many interpretations in terms of dark matter scenarios; alternative explanations assume a nearby electron source like a pulsar or supernova remnant. Here we present a measurement of the cosmic-ray electron spectrum with H.E.S.S. starting at 340 GeV. While the overall electron flux measured by H.E.S.S. is consistent with the ATIC data within statistical and systematic errors, the H.E.S.S. data exclude a pronounced peak in the electron spectrum as suggested for interpretation by ATIC. The H.E.S.S. data follow a power-law spectrum with spectral index of 3.0 +- 0.1 (stat.) +- 0.3 (syst.), which steepens at about 1 TeV.

A search for a very-high-energy (VHE; ≥100 GeV) γ-ray signal from self-annihilating particle dark matter (DM) is performed towards a region of projected distance r∼45-150 pc from the Galactic center. The background-subtracted γ-ray spectrum measured with the High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) γ-ray instrument in the energy range between 300 GeV and 30 TeV shows no hint of a residual γ-ray flux. Assuming conventional Navarro-Frenk-White and Einasto density profiles, limits are derived on the velocity-weighted annihilation cross section (σv) as a function of the DM particle mass. These are among the best reported so far for this energy range and in particular differ only little between the chosen density profile parametrizations. In particular, for the DM particle mass of ∼1 TeV, values for (σv) above 3×10(-25) cm(3) s(-1) are excluded for the Einasto density profile.

Gamma-ray line signatures can be expected in the very-high-energy (${E}_{\ensuremath{\gamma}}>100\text{ }\text{ }\mathrm{GeV}$) domain due to self-annihilation or decay of dark matter (DM) particles in space. Such a signal would be readily distinguishable from astrophysical $\ensuremath{\gamma}$-ray sources that in most cases produce continuous spectra that span over several orders of magnitude in energy. Using data collected with the H.E.S.S. $\ensuremath{\gamma}$-ray instrument, upper limits on linelike emission are obtained in the energy range between $\ensuremath{\sim}500\text{ }\text{ }\mathrm{GeV}$ and $\ensuremath{\sim}25\text{ }\text{ }\mathrm{TeV}$ for the central part of the Milky Way halo and for extragalactic observations, complementing recent limits obtained with the Fermi-LAT instrument at lower energies. No statistically significant signal could be found. For monochromatic $\ensuremath{\gamma}$-ray line emission, flux limits of $(2\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{10}^{\ensuremath{-}7}--2\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{10}^{\ensuremath{-}5})\text{ }\text{ }{\mathrm{m}}^{\ensuremath{-}2}\text{ }{\mathrm{s}}^{\ensuremath{-}1}\text{ }{\mathrm{sr}}^{\ensuremath{-}1}$ and $(1\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{10}^{\ensuremath{-}8}--2\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{10}^{\ensuremath{-}6})\text{ }\text{ }{\mathrm{m}}^{\ensuremath{-}2}\text{ }{\mathrm{s}}^{\ensuremath{-}1}\text{ }{\mathrm{sr}}^{\ensuremath{-}1}$ are obtained for the central part of the Milky Way halo and extragalactic observations, respectively. For a DM particle mass of 1 TeV, limits on the velocity-averaged DM annihilation cross section $⟨\ensuremath{\sigma}v{⟩}_{\ensuremath{\chi}\ensuremath{\chi}\ensuremath{\rightarrow}\ensuremath{\gamma}\ensuremath{\gamma}}$ reach $\ensuremath{\sim}{10}^{\ensuremath{-}27}\text{ }\text{ }{\mathrm{cm}}^{3}\text{ }{\mathrm{s}}^{\ensuremath{-}1}$, based on the Einasto parametrization of the Galactic DM halo density profile.

The long gamma-ray burst (GRB) 100621A, at the time the brightest X-ray transient ever detected by Swift-XRT in the $0.3\textrm{--}10$ keV range, has been observed with the H.E.S.S. imaging air Cherenkov telescope array, sensitive to gamma radiation in the very-high-energy (VHE, $>100$ GeV) regime. Due to its relatively small redshift of $z\sim0.5$, the favourable position in the southern sky and the relatively short follow-up time ($<700 \rm{s}$ after the satellite trigger) of the H.E.S.S. observations, this GRB could be within the sensitivity reach of the H.E.S.S. instrument. The analysis of the H.E.S.S. data shows no indication of emission and yields an integral flux upper limit above $\sim$380 GeV of $4.2\times10^{-12} \rm cm^{-2}s^{-1}$ (95 % confidence level), assuming a simple Band function extension model. A comparison to a spectral-temporal model, normalised to the prompt flux at sub-MeV energies, constraints the existence of a temporally extended and strong additional hard power law, as has been observed in the other bright X-ray GRB 130427A. A comparison between the H.E.S.S. upper limit and the contemporaneous energy output in X-rays constrains the ratio between the X-ray and VHE gamma-ray fluxes to be greater than 0.4. This value is an important quantity for modelling the afterglow and can constrain leptonic emission scenarios, where leptons are responsible for the X-ray emission and might produce VHE gamma rays.