Modelo estatístico para desenvolvimento de chuveiros atmosféricos extensos

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Botelho Junior, Moacyr Vieira
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Branching processes; Chuveiros atmosféricos extensos; Cosmic Rays; Extensive air showers; Observatório Pierre Auger; Pierre Auger Observatory; Processos de ramificação; Raios cósmicos
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76131/tde-11052020-135848/

Os raios cósmicos são objeto de estudo no campo da astrofísica de partículas e, em especial, o Observatório Pierre Auger dedica-se à detecção de partículas geradas nos chuveiros atmosféricos extensos iniciados por primários com energias superiores a 1017 eV. Conhecer o número médio e a variância de partículas que compõem os chuveiros é uma árdua tarefa, devido à estocasticidade e ao alto número de partículas ali presente. Atualmente, existem muitas pesquisas que buscam entender a física dos chuveiros atmosféricos utilizando simulações computacionais, como é feito com o CONEX. Em contrapartida, existem modelos analíticos que buscam explicar a física de forma simplificada, mas explorando conceitos importantes da interação de partículas. O mais conhecido é o modelo de Heitler-Matthews, o qual possui equações analíticas para o número de múons e profundidade de máximo de um chuveiro de origem hadrônica. Este projeto visou a modelagem do desenvolvimento de um chuveiro atmosférico empregando o método de dinâmica de populações. Em particular, os processos de ramificação fornecem equações de recorrência para média e variância de uma população. Com este método, foram obtidos resultados para o valor médio (Nμ) e desvio relativo (σ / Nμ) do número de múons em um chuveiro, bem como a profundidade de máxima produção de múons (Xμmax). Foram feitas análises sobre parâmetros físicos, como diferentes primários, diferentes modelos de interação hadrônica e efeito de partícula líder, a fim de determinar alterações nos observáveis físicos. Também foram comparados os resultados obtidos com o modelo de ramificação com os de simulações de Monte Carlo do CONEX, além do modelo analítico de Heitler-Matthews. O resultado para Nμ esteve em bom acordo com o das simulações mais sofisticadas, enquanto o resultado para o desvio relativo indicou divergências, tanto em um modelo com distribuição uniforme de energia quanto em um que considera efeito de partícula líder. Para Xμmax os resultados foram satisfatórios, dentro das limitações do modelo.