Δευτερογενή κοσμικά σωματίδια σε ατμοσφαιρικούς καταιγισμούς

Ο σημαντικότερος ίσως ο στόχος της Αστροσωματιδιακής Φυσικής είναι να διερευνήσει τη φύση της κοσμικής ακτινοβολίας με πολλούς τρόπους. Σε διάφορα πειράματα ατμοσφαιρικών καταιγισμών σε όλο τον κόσμο οι καταιγισμοί των σωματιδίων που ανιχνεύονται, παράγονται σε διαδικασίες αλληλεπίδρασης μεταξύ των σωματιδίων της κοσμικής ακτινοβολίας και της ατμόσφαιρας της Γης. Δεδομένου ότι οι ατμοσφαιρικοί καταιγισμοί αποτελούνται από ένα τεράστιο αριθμό σωματιδίων που απλώνονται σε μια πολύ μεγάλη περιοχή, απαιτούνται μεγάλοι ανιχνευτές για τη μέτρηση ορισμένων παραμέτρων αυτών των καταιγισμών. Η συνδυασμένη ανάλυση των παρατηρήσεων διαφόρων συνιστωσών της κοσμικής ακτινοβολίας όπως τα φορτισμένα σωματίδια, οι ακτίνες γάμμα και τα νετρίνα είναι ευρέως γνωστή ως «Physics Astroparticle Multi Messenger».

Μελέτη των κατανομών δευτερογενών σωματιδίων σε εκτεταμένους ατμοσφαιρικούς καταιγισμούς που προκαλούνται από κοσμικά σωματίδια υψηλών ενεργειών

Ατρείδης Γιώργος
Δρ Αστροσωματιδιακής Φυσικής

Στην παρούσα διατριβή έγινε μελέτη των καταιγισμών των δευτερογενών σωματιδίων που δημιουργούνται στην ατμόσφαιρα, από την αλληλεπίδραση με αυτήν, υψηλής ενέργειας σωματιδίων της πρωτογενούς κοσμικής ακτινοβολίας, που καταφθάνει από το διάστημα. Οι καταιγισμοί αυτοί χαρακτηρίζονται ως «εκτεταμένοι ατμοσφαιρικοί καταιγισμοί» επειδή όταν φθάνουν στο επίπεδο του εδάφους, το μέτωπο ανάπτυξής τους έχει μεγάλη έκταση, έως και μερικά km^2, και συνεπώς απαιτούνται πειραματικές διατάξεις με συστοιχίες ανιχνευτών για την κατευθείαν δειγματοληπτική καταγραφή των δευτερογενών σωματιδίων, κυρίως ηλεκτρονίων, ποζιτρονίων, φωτονίων και μιονίων.
Τα πειραματικά δεδομένα που έχουν περιληφθεί στην παρούσα εργασία προέρχονται από το πείραμα διεθνούς συνεργασίας KASCADE, ενώ τα δεδομένα προσομοίωσης των καταιγισμών έγιναν μέσω του προγράμματος CORSIKA και τη χρησιμοποίηση του κόμβου GRID του ΑΠΘ.
Η διατριβή αφορά στη μελέτη των χωρικών και ενεργειακών κατανομών των δευτερογενών σωματιδίων των εκτεταμένων ατμοσφαιρικών καταιγισμών, στην εξάρτησή τους από την ενέργεια και το είδος των πρωτογενών σωματιδίων που τους προκαλούν και στην εξάρτησή τους από τη γωνία εισόδου των σωματιδίων. Μελετάται επίσης, μέσω προσομοιώσεων, η παραγωγή φωτός Cherenkov στην ατμόσφαιρα κατά την ανάπτυξη των εκτεταμένων ατμοσφαιρικών καταιγισμών. Ένα μεγάλο τμήμα της διατριβής έχει να κάνει με την πυκνότητα της πλευρικής κατανομής των ηλεκτρονίων και μιονίων στους ατμοσφαιρικούς καταιγισμούς. Αρχικά παρουσιάζεται η θεωρητική μελέτη της μοντελοποίησης των πλευρικών κατανομών των σωματιδίων, και ειδικότερα του μοντέλου NKG που πρότειναν οι Nishimura-Kamata-Greisen. Στη συνέχεια με βάση τα πειραματικά δεδομένα και τα δεδομένα των προσομοιώσεων, προτείνεται μια βελτίωση του θεωρητικού μοντέλου NKG. Η βελτίωση αυτή έχει να κάνει με την παραμετροποίηση των εξισώσεων έτσι ώστε να προσαρμόζονται καλύτερα στα δεδομένα. Με τον τρόπο αυτό μπορούμε να δείξουμε μια μέθοδο η οποία συσχετίζει τις παραμέτρους του μοντέλου με την ενέργεια και τη μάζα των πρωτογενών κοσμικών σωματιδίων.

Μπορείτε να κατεβάσετε την διδακτορική διατριβή από το Εθνικό Αρχείο Διδακτορικών Διατριβών πατώντας εδώ.