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Disertación de Maestría
DOI
https://doi.org/10.11606/D.76.2020.tde-11052020-135848
Documento
Autor
Nombre completo
Moacyr Vieira Botelho Junior
Dirección Electrónica
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Carlos, 2019
Director
Tribunal
Souza Filho, Luiz Vitor de (Presidente)
Chinellato, José Augusto
Santos, Edivaldo Moura
Título en portugués
Modelo estatístico para desenvolvimento de chuveiros atmosféricos extensos
Palabras clave en portugués
Chuveiros atmosféricos extensos
Observatório Pierre Auger
Processos de ramificação
Raios cósmicos
Resumen en portugués
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.
Título en inglés
Statistical model for development of extensive air showers
Palabras clave en inglés
Branching processes
Cosmic Rays
Extensive air showers
Pierre Auger Observatory
Resumen en inglés
Cosmic rays are an object of studies in the field of astroparticle physics and, in particular, the Pierre Auger Observatory is dedicated to the detection of particles generated in atmospheric air showers started by primary particles with energies above 1017 eV. To determine the average number of particles composing an air shower and its variance is an arduous task due to the stochasticity and the large number of particles in this phenomenon. Currently, there are many researches that seek to understand the physics of air showers using computacional simulations, as it is done in CONEX. On the other hand, there are analytical models that try to explain the physics in a simplified manner, but exploring important concepts of particle interactions. Among those, the most known is the Heitler-Matthews model, which delivers analitical equations for computing the number of muons and depth of maximum of a shower of hadronic origin. This project aimed to describe the development of an air shower using population growth method. In particular, the branching process provides recurrence equations for the average and the variance of a population. With this method, results were obtained for the mean value (Nμ) and the relative fluctuation (σ / Nμ) of muon content in an air shower. The depth of maximum muon production is described as well. Analysis were made about physical parameters, like different primary particles, different hadronic models and the inclusion of leading particle effects, aiming to determine changes in physical observables. We also compare the results obtained with the branching model which those obtained in CONEX Monte Carlo simulations, and, in addition to those of Heitler-Matthews analytical model. The results for Nμ were in good agreement with that from the more sofisticated simulations, while the result for relative deviations showed some divergences both in a model with uniform energy distribution and also when leading particle effects are taken into account. For Xμmax the results were satisfactory within the limitations of the model.
 
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Fecha de Publicación
2020-05-13
 
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