Goos, Isabel A. (2016) Modelado de la componente electromagnética de las cascadas de partículas generadas por rayos cósmicos de alta energía. / Modeling the electromagnetic component of cascades of particles generated by high energy cosmic rays. Maestría en Ciencias Físicas, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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Resumen en español
El presente trabajo se centra en las lluvias atmosféricas extendidas generadas por rayos cósmicos de alta energía. Las lluvias obtenidas mediante simulaciones presentan para la mayoría de los modelos de interacciones a altas energías un déficit significativo en la componente muónica en comparación con mediciones experimentales. Un camino de abordaje posible para comprender el defecto que acarrean estos modelos es estudiando de qué modo se relacionan parámetros propios de la componente electromagnética con parámetros inherentes a la componente muónica ya que ambas componentes proceden de fuentes comunes dentro de la cascada, principalmente de piones neutros y cargados que a su vez son producidos de manera conjunta. Con este fin se estudia en este trabajo la componente electromagnética de lluvias atmosféricas extendidas. Se comenzó estudiando modelos que describen la evolución de la componente electromagnética: por un lado, se estudiaron las soluciones analíticas en las llamadas ’aproximación A’ y ’aproximación B’ que describen el perfil longitudinal de las cascadas. Estas soluciones fueron desarrolladas principalmente por B. Rossi y K. Greisen. Por otro lado, se estudiaron las funciones de estructura lateral y angular que fueron perfeccionadas por J. Nishimura y K. Kamata. Luego, con el fin de comprender las características y la variabilidad del comportamiento de las cascadas, se estudiaron las distribuciones de las partículas que alcanzan el nivel del suelo y el origen de su producción. Para este análisis se recurrió a simulaciones individuales realizadas con el programa CORSIKA. Posteriormente se propuso reconstruir el perfil longitudinal de la componente electromagnética de cascadas simuladas superponiendo las subcascadas electromagnéticas generadas por el conjunto de todos los piones neutros que están presentes en el desarrollo de la misma. Este análisis fue efectuado sobre un conjunto de 1000 simulaciones realizadas con el programa CONEX y se verificó que el modelo se ajusta muy bien con la componente electromagnética obtenida en la simulación una vez teniendo en cuenta el hecho que el programa desvía el conjunto de partículas con energía menor que una energía de corte preestablecida a un algoritmo que simula la evolución de las partículas de baja energía.
Resumen en inglés
The present work focuses on extended air showers generated by high-energy cosmic rays. It is known that simulated showers exhibit for most high-energy interaction models a significantly too low number of muons compared with experimental findings. One possible approach to this problem is studying the relation between parameters related to the electromagnetic component and parameters associated with the muonic component since both components have common sources within the shower, mostly neutral and charged pions that themselves are produced jointly. This is the main motive for presenting in this work a study on the electromagnetic component of extended air showers. Models describing the evolution of the electromagnetic component were studied: the analytical solutions in the so-called approximations A and B that depict the longitudinal profile of showers, mainly developed by B. Rossi y K. Greisen, and the lateral and angular structure functions as improved by J. Nishimura y K. Kamata. In order to comprehend the characteristics and variabilities of the behavior of showers, a variety of individual simulations were performed using the program CORSIKA and were analyzed. This analysis comprised the study of the distributions of the particles at ground and the origin of their production. The final purpose was to be able to reconstruct the longitudinal profile of the electromagnetic component of simulated showers. The procedure used to achieve this was to add up all the electromagnetic subcascades generated by the neutral pions present along the development of the shower. This analysis was carried out on a set of 1000 simulations obtained with the program CONEX. The reconstruction adjusts very well the electromagnetic component obtained by the corresponding simulation once one takes into account that CONEX extracts particles whose energy is below a preestablished energy cut and introduces them into an algorithm used to simulate subcascades generated by particles of low energy.
| Tipo de objeto: | Tesis (Maestría en Ciencias Físicas) |
|---|---|
| Información Adicional: | Área Temática: Física de rayos Cósmicos. |
| Palabras Clave: | Simulation; Simulación; [Comic rays; Rayos cósmicos; Electromanetic component; Componente electromagnético; Pierre Auger observatory; Observatorio Pierre Auger; Models; Modelos ] |
| Referencias: | [1] Letessier-Selvon, A., Stanev, T. Ultrahigh energy cosmic rays. Reviews of modern physics, 83 (3), 907, 2011. vii, 2, 3, 6 [2] Aab, A., et al. [the pierre auger collaboration]. Nucl. Instrum. Meth., A798, 172–213, 2015. vii, 4, 5 [3] Matthews, J. A Heitler model of extensive air showers. Astropart. Phys., 22, 387–397, 2005. vii, 9, 10 [4] Olive, K. A., et al. Review of Particle Physics. Chin. Phys., C38, 090001, 2014. 1, 8 [5] Kachelriess, M. Lecture notes on high energy cosmic rays, 2008. 1 [6] Grieder, P. Extensive Air Showers: High Energy Phenomena and Astrophysical Aspects A Tutorial, Reference Manual and Data Book, tomo 1. 1a ed´on. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2010. URL http://gen.lib.rus.ec/book/index.php?md5= F72AE0B86EA0C84B9B5574635D2D49D5. 2, 6, 20 [7] Aab, A., et al. Depth of maximum of air-shower profiles at the Pierre Auger Observatory. II. Composition implications [The Pierre Auger Collaboration]. Phys. Rev., D90 (12), 122006, 2014. 5, 6 [8] Abreu, P., et al. Interpretation of the Depths of Maximum of Extensive Air Showers Measured by the Pierre Auger Observatory [The Pierre Auger Collaboration]. JCAP, 1302, 026, 2013. 5, 6 [9] Kamata, K., Nishimura, J. The lateral and the angular structure functions of electron showers. Progress of Theoretical Physics Supplement, 6, 93–155, 1958. 7, 13, 15, 37 [10] Rossi, B., Greisen, K. Cosmic-ray theory. Reviews of Modern Physics, 13 (4), 240, 1941. 9, 11, 12, 19 [11] Fl¨ugge, S. Cosmic Rays II / Kosmische Strahlung II. Encyclopedia of Physics 9 / 46 / 2, 1a ed´on. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1967. 11, 13, 15, 16, 21, 23, 27, 31, 59 [12] Gaisser, T. K. Cosmic rays and particle physics. Comments on Nuclear and Particle Physics, 11 (1), 25–39, 1982. 17 [13] Kampert, K.-H., Watson, A. A. Extensive Air Showers and Ultra High-Energy Cosmic Rays: A Historical Review. Eur. Phys. J., H37, 359–412, 2012. 17 [14] Williams, E. Physical Review, 58 (4), 292, 1940. 20 [15] Espadanal, J. C. Measurement of the muon content of EAS with the Pierre Auger Observatory, p´ags. 287–292. URL http://www.worldscientific.com/doi/abs/ 10.1142/9789814689304_0045. 39 [16] Heck, D., Engel, R. The EHISTORY and MUPROD Options of the Air Shower Simulation Program CORSIKA, 2013. 39, 44 [17] Knapp, J., Heck, D. Extensive Air Shower Simulation with CORSIKA: A User’s Manual. Kernforschungszentrum Karlsruhe, 1993. 40, 42 [18] Heck, D., Schatz, G., Thouw, T., Knapp, J., Capdevielle, J. N. CORSIKA: A Monte Carlo code to simulate extensive air showers, 1998. 40, 42 [19] Kalmykov, N. N., et al. One-dimensional hybrid simulation of EAS using cascade equations. En: Proceedings, 28th International Cosmic Ray Conference (ICRC 2003): Tsukuba, Japan, July 31-August 7, 2003, p´ags. 511–514. 2003. URL http: //www-rccn.icrr.u-tokyo.ac.jp/icrc2003/PROCEEDINGS/PDF/128.pdf. 41 [20] Schiel, R. W., Ralston, J. P. The greisen equation explained and improved. Physical Review D, 75 (1), 016005, 2007. 48 [21] Grieder, P. Extensive Air Showers: High Energy Phenomena and Astrophysical Aspects A Tutorial, Reference Manual and Data Book, tomo 2. 1a ed´on. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2010. URL http://gen.lib.rus.ec/book/index.php?md5= F72AE0B86EA0C84B9B5574635D2D49D5. 49 [22] Arfken, G. B., Weber, H. J., Harris, F. E. Mathematical methods for physicists: a comprehensive guide. Academic press, 2011. 57 |
| Materias: | Física > Astrofísica Física > Partículas |
| Divisiones: | Investigación y aplicaciones no nucleares > Física > Partículas y campos |
| Código ID: | 602 |
| Depositado Por: | Tamara Cárcamo |
| Depositado En: | 28 Abr 2017 11:52 |
| Última Modificación: | 02 May 2017 18:26 |
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