Une meilleure compréhension des interactions nucléaires
La physique des particules spécifie que les hadrons sont formés de quarks, les particules élémentaires qui composent la matière. Les quarks sont régis par l'interaction forte, et les particules résultantes sont classées en deux groupes, les baryons (formés de trois quarks) et les mésons (formés par des configurations de paires quark/antiquark). Le modèle de Monte Carlo est un ensemble d'algorithmes faisant appel à un échantillonnage aléatoire répété pour calculer les résultats. Les modèles actuels sont cependant inadaptés et il faut concevoir une simulation réellement universelle pour décrire les données résultant des expériences portant sur les rayons cosmiques à très haute énergie (UHECR). Dans ce domaine, les travaux visent à déterminer le type principal et l'énergie stockée par les champs de force et les particules placées dans un nouvel état physique. L'amélioration des modèles d'interaction est importante pour l'étude des interactions entre hadrons, afin d'appliquer les connaissances obtenues dans des expériences de collision telles que celles qui sont conduites à l'observatoire Pierre Auger en Argentine et au LHC du CERN, à la frontière entre la France et la Suisse. L'observatoire a été construit pour découvrir les sources des rayons cosmiques à très haute énergie, et le LHC a été conçu pour tester le Modèle standard de la physique des particules, une théorie des interactions nucléaires qui décrit la dynamique des particules subatomiques connues. Le projet C2CR («High energy interactions: from colliders to cosmic rays») a pour but de concevoir un nouveau modèle de Monte Carlo applicable aux interactions hadroniques et nucléaires. Les chercheurs ont mis au point une procédure pour évaluer la contribution et l'importance relative des classes de diagrammes et de graphiques. Ils ont démontré que certains diagrammes sont importants et ne peuvent pas être négligés. Les partenaires du projet C2CR ont tenu compte de ce point pour concevoir un modèle Monte Carlo afin de générer des topologies hadroniques à l'état final. L'algorithme résultant a été mis en oeuvre dans une nouvelle version du modèle Monte Carlo QGSJET, dénommé QGSJET-II. Ce modèle a été utilisé pour calculer le développement des grandes gerbes électromagnétiques (EAS) de particules ionisées et de rayonnements électromagnétiques qui résultent de l'entrée d'un rayon cosmique dans l'atmosphère terrestre. Les caractéristiques calculées ont été comparées avec des données expérimentales, afin de déduire les conséquences sur la composition nucléaire des rayons cosmiques à très haute énergie. Le modèle a été inclus dans les programmes CONEX et Corsika de simulation d'EAS et mis ainsi à la disposition de tous. Le modèle QGSJET-II convient également à l'étude des EAS résultant de photons à très haute énergie, et des collisions dans les processus photonucléaires. Il a déjà servi pour décrire divers problèmes astrophysiques en relation avec la physique des rayons cosmiques à très haute énergie. Ce nouveau modèle de Monte Carlo du projet C2CR apporte le moyen de décrire les données expérimentales des processus de production de hadrons, et donc un nouvel outil pour analyser les données des expériences de physique des collisionneurs et gerbes cosmiques de haute énergie.