Pogłębianie wiedzy na temat oddziaływań jądrowych
W fizyce cząstek elementarnych kwarki stanowią podstawowy element materii, tworzący skupiska zwane hadronami. Hadrony to silnie oddziałujące cząstki złożone, które można podzielić na dwie grupy: bariony (złożone z trzech kwarków) oraz mezony (złożone z jednego kwarku i jednego antykwarku). Model Monte Carlo to klasa algorytmów obliczeniowych, w których do obliczania wyników wykorzystuje się wielokrotne próbkowanie losowe. Jednakże istniejące modele nie są odpowiednie i niezbędne jest opracowanie uniwersalnych symulacji, pozwalających opisywać dane pozyskiwane podczas eksperymentów dotyczących ultraenergetycznych promieni kosmicznych ('ultra-high energy cosmic ray' - UHECR). Powyższe prace mają na celu określenie podstawowych typów pól energetycznych oraz rodzajów energii przez nie przechowywanych, a także cząstek grupujących się w nowe stany fizyczne. Ulepszenie istniejących modeli oddziaływań jest istotne z punktu widzenia badań nad interakcją hadronów, a pozyskana w ten sposób wiedza może zostać wykorzystana w eksperymentach przeprowadzanych w zderzaczach, np. w Obserwatorium Pierre Auger w Argentynie oraz w Wielkim Zderzaczu Hadronów ('Large Hadron Collider' - LHC) w CERN, na granicy francusko-szwajcarskiej. Pierwszy z powyższych obiektów zbudowano w celu odkrycia źródeł ultraenergetycznych promieni kosmicznych, natomiast drugi zaprojektowano by zbadać Model Standardowy w fizyce cząstek elementarnych. Model Standardowy to teoria oddziaływań jądrowych opisująca dynamikę odkrytych dotychczas cząstek subatomowych. Celem projektu o nazwie "Oddziaływania wysokich energii: od zderzaczy po promienie kosmiczne" ('High energy interactions: from colliders to cosmic rays' - C2CR) było opracowanie nowego modelu Monte Carlo (MC), opisującego oddziaływania hadronów oraz oddziaływania jądrowe. Naukowcy opracowali procedurę pozwalającą oceniać rolę oraz względne znaczenie istniejących klas ulepszonych diagramów i grafów. Badacze udowodnili, że niektóre diagramy mają istotne znaczenie i nie powinny być pomijane w badaniach naukowych. Uczestnicy projektu C2CR uwzględnili powyższy fakt dokonując prób opracowania procedur MC, pozwalających generować topologie stanów końcowych hadronów ('hadronic final state topologies'). Zaprojektowany w ten sposób algorytm wdrożono następnie w nowej wersji modelu QGSJET MC, zwanej QGSJET-II. Model ten wykorzystano do obliczania rozwoju wielkiego pęku atmosferycznego ('extensive air shower' - EAS), będącego kaskadą zjonizowanych cząstek oraz promieniowania elektromagnetycznego, powstającą w atmosferze Ziemi w chwili wejścia w nią pojedynczej cząstki promieniowania kosmicznego. Przewidywane właściwości EAS porównano z danymi eksperymentalnymi, a ponadto wyciągnięto wnioski dotyczące składu jądrowego ultraenergetycznych promieni kosmicznych. Model EAS udostępniono społeczności zaangażowanej w badania nad promieniowaniem kosmicznym poprzez dołączenie go do oprogramowania symulacyjnego CONEX i Corsika. Model QGSJET-II może być także stosowany do badań EAS powstających za sprawą wysokoenergetycznych fotonów oraz do zderzeniowych badań procesów fotojądrowych. Powyższy model wykorzystano już do badania szeregu zagadnień astrofizycznych związanych z fizyką UHECR. Dzięki umożliwieniu opisywania eksperymentalnych danych dotyczących procesów stojących za powstawaniem hadronów, nowy model C2CR MC stanowi narzędzie służące do analizy danych pozyskiwanych w ramach eksperymentów nad promieniowaniem kosmicznym oraz eksperymentów z dziedziny fizyki zderzeń.