Migliore comprensione delle interazioni nucleari
Nella fisica delle particelle i quark sono componenti base della materia, particelle elementari che se unite con la forza formano adroni. Si tratta di particelle composite a forte interazione che si possono dividere in due gruppi: barioni (composti da tre quark) e mesoni (composti da un quark e da un antiquark). Il modello Monte Carlo è una classe di algoritmi computazionali che si affida a un campionamento casuale ripetuto per calcolare i risultati. Ma i modelli esistenti non sono adeguati ed è necessario sviluppare una simulazione realmente universale per descrivere i dati negli esperimenti con raggi cosmici di altissima energia (UHECR). Il lavoro in questo settore punta a determinare il tipo principale e l'energia conservata dai campi di forza e dalle particelle unite in un nuovo stato fisico. È importante migliorare gli attuali modelli di interazione per studi sulle interazioni adroniche per poter applicare le conoscenze ottenute agli esperimenti al collisore, come quelli condotti presso l'Osservatorio Pierre Auger in Argentina e presso il Grande collisore di adroni (LHC) del CERN sul confine franco-svizzero. Il primo è stato costruito per svelare la fonte di raggi cosmici di altissima energia e il secondo è stato progettato per testare il modello standard della fisica di particelle, una teoria di interazioni nucleari che "controlla" la dinamica di particelle subatomiche note. Il progetto C2CR (High energy interactions: from colliders to cosmic rays) è stato dedicato allo sviluppo di un nuovo modello Monte Carlo (MC) di interazioni adroniche e nucleari. I ricercatori hanno sviluppato una procedura per valutare i contributi e l'importanza relativa delle classi esistenti di diagrammi e grafici potenziati. Hanno dimostrato che alcuni diagrammi offrono contributi importanti e non si possono trascurare negli studi sull'argomento. I membri di C2CR sono partiti da questo per cercare di sviluppare una procedura MC per generare topologie dello stato finale adronico. L'algoritmo ottenuto è stato implementato nella nuova versione del modello QGSJET MC, il QGSJET-II. Il modello è stato applicato per calcolare lo sviluppo di sciami estesi (EAS), un'emissione di particelle ionizzate e radiazione elettromagnetica che si crea quando un raggio cosmico di origine extraterrestre entra nell'atmosfera. Le caratteristiche EAS previste sono state confrontate con i dati sperimentali e sono state dedotte le conseguenze per la composizione nucleare di raggi cosmici di altissima energia (UHECR). Grazie alla sua inclusione nei programmi di simulazione EAS CONEX e Corsika, il modello è stato messo a disposizione per un uso pubblico nel campo dei raggi cosmici. Il modello QGSJET-II si può inoltre applicare agli studi di EAS indotti da protoni ad energia molto elevata e agli studi al collisore dei processi protonucleari. Il modello è già stato usato per studiare diversi problemi astrofisici legati alla fisica di UHECR. Offrendo i mezzi con cui descrivere i dati sperimentali sui processi di produzione adronica, questo nuovo modello C2CR MC rappresenta un nuovo strumento per analizzare i dati ottenuti nei raggi cosmici e negli esperimenti fisici al collisore