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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.43.2019.tde-29012019-091222
Documento
Autor
Nome completo
Hendrik Marques Soares
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2018
Orientador
Banca examinadora
Santos, Edivaldo Moura (Presidente)
Albuquerque, Ivone Freire da Mota e
Chinellato, Carola Dobrigkeit
Munhoz, Marcelo Gameiro
Souza Filho, Luiz Vitor de
Título em português
Interações hadrônicas a altíssimas energias e o desenvolvimento de cascatas atmosféricas extensas
Palavras-chave em português
Astropartículas
Chuveiros atmosféricos extensos
Interações hadrônicas
Observatório Pierre Auger
Raios cósmicos
Resumo em português
O comportamento das interações hadrônicas para energias de centro de massa superiores a 50 TeV/núcleon é uma fonte importante de incerteza sistemática na interpretação de dados de observatórios de raios cósmicos. Nesta tese, estudamos por meio de simulações de Monte Carlo observáveis dos chuveiros atmosféricos que pudessem ser correlacionados com aspectos dos diferentes modelos destas interações. Especial atenção foi dada à componente muônica que sabidamente é gerada do decaimento de partículas de natureza hadrônica na cascata. A precisão e a acurácia de uma rede esparsa de contadores de múons foram estudadas como função da granularidade da rede de detectores e da área de coleção de suas células. Mostramos, em particular, as diferenças na dependência radial da densidade de múons no plano transversal ao eixo da cascata para os diferentes modelos. Tais diferenças se mostram mais acentuadas na vizinhança do eixo e poderiam ser exploradas experimentalmente com um detector com alcance dinâmico suficiente para evitar saturação da eletrônica. Além disso, por meio de um tratamento fenomenológico, investigamos o impacto no desenvolvimento do chuveiro causado por variações na distribuição de pseudorapidez $dN/d\eta$ de secundários produzidos na colisão primária. Mostramos que diferentemente de quantidades como seção de choque inelástica, multiplicidade, razão de carga e elasticidade, mudanças em $dN/d\eta$ que preservem tais quantidades são rapidamente diluídas nas sucessivas camadas de interações posteriores à colisão primária.
Título em inglês
Hadronic interactions and the development of extensive air showers
Palavras-chave em inglês
Astroparticle physics
Cosmic rays
Extensive air shower
Hadronic interaction
Pierre Auger Observatory
Resumo em inglês
The behavior of the hadronic interactions at center of mass energies greater than 50 TeV/nucleon is an important source of systematic uncertainty on interpreting data from cosmic ray observatories. In this thesis, we study through Monte Carlo simulations the atmospheric shower observables that could be correlated with different aspects of these interactions. Special attention was paid to the muonic component that is known to be generated from the decay of hadronic particles. The precision and accuracy of a sparse grid of muon counters were studied as a function of the array granularity and the collection area of its cells. In particular, we studied the differences in the radial dependence of the muon density in the shower plane for different models. These differences are shown to be larger in the vicinity of the shower axis and, therefore, could be explored with a detector of sufficiently large dynamic range as to avoid saturation of its acquisition electronics. In addition, through a phenomenological treatment, we investigated the impact on the shower development caused by variations in the distribution of pseudorapidity $ dN/d\eta $ of secondaries particles produced in the primary collision. We show that unlike quantities such as inelastic cross section, multiplicity, charge ratio and elasticity, changes in $ dN/d\eta $ that preserve such quantities are rapidly diluted in successive interaction layers subsequent to the primary collision.
 
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Data de Publicação
2019-01-30
 
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