Besseres Verständnis der Wechselwirkung von Atomkernen
Im Bereich der Teilchenphysik stellen Quarks die grundlegenden Komponenten der Materie dar, Elementarteilchen, die, wenn dazu gezwungen, Hadronen bilden. Hierbei handelt es sich um stark wechselwirkende Teilchen, die in zwei Gruppen aufgeteilt werden können: Baryonen (die aus drei Quarks bestehen) und Mesonen (die aus einem Quark und einem Anti-Quark bestehen). Das Monte-Carlo-Modell ist eine Klasse von numerischen Algorithmen, die auf wiederholten zufälligen Stichproben basieren, um zu Ergebnissen zu gelangen. Bestehende Modelle sind jedoch nicht geeignet, es existiert die Notwendigkeit, eine wirkliche universelle Simulation zur Beschreibung der Daten in UHECR-Experimenten (Ultra-High-Energy-Cosmic-Ray) zu entwickeln. Arbeiten in diesem Bereich zielen darauf ab, den primären Typ und die Energie zu bestimmen, die durch Kraftfelder und durch Teilchen, die in einen neuen physikalischen Zustand gebracht werden, gespeichert wird. Die Verbesserung aktueller Modelle zur Interaktion ist wichtig für die Untersuchung hadronischer Wechselwirkungen, damit das geschaffene Wissen in Beschleunigerexperimenten wie denen, die im Pierre Auger Observatory in Argentinien und im Großen Hadronen-Speicherring (Large Hadron Collider - LHC) des CERN an der französisch-schweizerischen Grenze durchgeführt werden, Anwendung finden kann. Das Pierre Auger Observatory in Argentinien wurde errichtet, um die Quelle von UHECR zu entdecken, Zweck des Großen Hadronen-Speicherrings dagegen ist die Überprüfung des Standardmodells der Teilchenphysik, einer Theorie der Interaktion von Kernen, welche die Dynamik der bekannten subatomaren Teilchen angibt. Das C2CR-Projekt ("High Energy Interactions: From Colliders to Cosmic Rays") widmete sich der Entwicklung eines neuen Monte-Carlo-Modells für die Wechselwirkung von Hadronen und Kernen. Die Forscher entwickelten ein Verfahren für die Bewertung der Beiträge und der relativen Bedeutung von existierenden Klassen von erweiterten Diagrammen und Graphen. Sie zeigten, dass bestimmte Diagramme wichtige Beiträge leisten und in relevanten Studien nicht vernachlässigbar sind. Die Mitglieder des C2CR-Projekts berücksichtigten dies bei den Versuchen, ein Monte-Carlo-Verfahren zur Erzeugung von hadronischen Endzustandstopologien zu entwickeln. Die erstellten Algorithmen wurden in die neue Version des QGSJET-MC-Modells (QGSJET-II) implementiert. Das Modell fand Verwendung, um die Entwicklung von ausgedehnten Luftschauern (EAS) zu berechnen, ionisierten Teilchen und elektromagnetischer Strahlung, die entsteht, wenn kosmische Strahlung extraterrestrischer Herkunft in die Atmosphäre eindringt. Die vorhergesagten Charakteristika der EAS wurden mit experimentellen Daten verglichen, es konnten Rückschlüsse auf die Zusammensetzung der Kerne von UHECR gezogen werden. Durch die Einbeziehung in die EAS-Simulationsprogramme CONEX und Corsika gelang es, das Modell für die öffentliche Verwendung im Bereich der kosmischen Strahlung verfügbar zu machen. Das Modell QGSJET-II ist für Untersuchungen der EAS, die durch Photonen mit sehr hoher Energie induziert wurden sowie für Beschleunigerstudien photonuklearer Prozesse, ebenfalls verwendbar. Das Modell fand bereits Nutzung bei der Untersuchung verschiedener astrophysikalischer Probleme bezüglich der UHECR-Physik. Da die Möglichkeiten, mit denen experimentelle Daten zu hadronischen Produktionsprozessen beschrieben werden können, zur Verfügung gestellt wurden, bietet das neue C2CR-MC-Modell ein neues Werkzeug zur Analyse von Daten, die durch Experimente mit kosmischer Strahlung oder in Beschleunigern gewonnen wurden.