Una comprensión más precisa de las interacciones nucleares
Los quarks son componentes básicos de la materia que resultan de interés en física de partículas. Se trata de partículas elementales que, cuando se fuerza su unión, forman hadrones. Dichos hadrones son partículas compuestas que mantienen interacciones fuertes y que pueden dividirse en dos grupos: los bariones (formados por tres quarks) y los mesones (formados por un quark y un antiquark). El modelo de Monte Carlo es una clase de algoritmos informáticos para computar resultados mediante un muestreo aleatorio y repetido. Lamentablemente, los modelos existentes no son adecuados y es necesario desarrollar una simulación verdaderamente universal con la que describir los datos en los experimentos con rayos cósmicos de ultra alta energía (UHECR). Los trabajos en este ámbito están orientados a determinar el tipo principal de energía almacenada por los campos de fuerza y las partículas unidas para dar lugar a un nuevo estado físico. Mejorar los modelos de interacción actuales reviste importancia para los estudios acerca de las interacciones hadrónicas, a fin de que los conocimientos generados puedan aplicarse en experimentos de colisión como los realizados en el Observatorio Pierre Auger de Argentina y el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, ubicado en la frontera franco-suiza. El primero se construyó para descubrir las fuentes de UHECR, mientras que el segundo se diseñó para poner a prueba el Modelo Estándar de la física de partículas, una teoría de las interacciones nucleares que regulan la dinámica de las partículas subatómicas conocidas. El proyecto C2CR («Interacciones de alta energía: de los colisionadores a los rayos cósmicos») se dedicó al desarrollo de un nuevo modelo de Monte Carlo sobre las interacciones hadrónicas y nucleares. Sus investigadores desarrollaron un procedimiento para evaluar las contribuciones y la importancia relativa de las clases existentes de diagramas y gráficos mejorados. Consiguieron demostrar que ciertos diagramas realizan aportaciones importantes y que no se pueden pasar por alto en los estudios en este ámbito. Los miembros de C2CR tuvieron esto presente en sus intentos por desarrollar un nuevo procedimiento de Monte Carlo destinado a la generación de topologías del estado final hadrónico. El algoritmo resultante se aplicó en la nueva versión del modelo de Monte Carlo QGSJET, denominada QGSJET-II. Dicho modelo se aplicó para calcular el desarrollo de la cascada atmosférica extensa (EAS), una precipitación de partículas ionizadas y radiación electromagnética que se produce cuando un rayo cósmico de origen extraterrestre penetra en la atmósfera. Se compararon las características anticipadas de la EAS con los datos experimentales y se infirieron las consecuencias para la composición nuclear de los UHECR. El modelo se ha puesto al alcance del público para su uso en el campo de los rayos cósmicos por medio de su inclusión en los programas de simulación de EAS CONEX y Corsika. El modelo QGSJET-II también puede aplicarse en estudios de EAS inducidas por fotones de muy alta energía y en estudios de colisión sobre procesos fotonucleares. Por ahora ya se ha utilizado para estudiar diversos problemas astrofísicos pertinentes para la física de UHECR. El nuevo modelo de Monte Carlo propuesto por C2CR, que ofrece los medios con los que describir datos experimentales sobre los procesos de producción hadrónica, constituye una nueva herramienta con la que analizar la información derivada de experimentos de colisión y rayos cósmicos en el campo de la física.