El modelo de hadronización “Core-corona” y su impacto en el contenido muónico de las los chubascos extendidos de rayos cósmicos

Abstract

Los rayos cósmicos fueron descubiertos a principios del siglo XX y su estudio ha contribuido a avances significativos en campos científicos como la astrofísica y la física de partículas. Sin embargo, todavía quedan importantes preguntas abiertas. Las fuentes y los mecanismos de aceleración de los rayos cósmicos de ultra alta energía aún no se comprenden completamente. Para entender mejor ambos fenómenos, es necesaria una medición exacta de la composición de masa de los rayos cósmicos. Además, la composición de masa está estrechamente relacionada con el llamado rompecabezas de muones, que establece que la comprensión actual de las interacciones hadrónicas es insuficiente para explicar los resultados de varios experimentos que miden rayos cósmicos. El principal problema es que el contenido de muones en las simulaciones de lluvias extensas de rayos cósmicos es significativamente más bajo que el medido. Se han propuesto varios mecanismos exóticos, pero los avances en las mediciones en aceleradores de partículas sugieren que estos son poco probables. La cantidad de energía que ingresa a las partículas electromagnéticas en las colisiones de hadrones tiene una influencia significativa en la cantidad de muones producidos en las lluvias extensas de rayos cósmicos. Por lo tanto, todo nuevo modelo propuesto debe implementar una transferencia de energía desde el componente electromagnético al componente hadrónico. Hemos desarrollado un nuevo método, que permite probar de manera eficiente el efecto de cualquier tipo de modificación de las propiedades de interacción hadrónica en lluvias extensas. Con este nuevo método, los espectros de partículas secundarias se modifican como parte del programa CONEX. Hay muchas formas diferentes de implementar estos cambios y cada una representa un escenario interesante. Como aplicación, analizamos el impacto del modelo core-corona para las interacciones de iones pesados en el desarrollo de lluvias extensas. El modelo core-corona se basa en la combinación de dos mecanismos de producción de partículas diferentes: hadronización estadística en regiones de alta densidad (core) y fragmentación de cuerdas en áreas de baja densidad (corona). Recientes mediciones del LHC confirman que ciertas observaciones pueden vincularse a este modelo. Dado que ambos mecanismos presentes en el modelo core-corona implican diferentes fracciones de energía electromagnética, cada mecanismo afecta la producción de muones en las lluvias extensas de distintas maneras. Con nuestro modelo, es posible por primera vez, analizar la dependencia energética de valores medibles basados en muones que son accesibles en experimentos y encontrar los parámetros más adecuados para el modelo corecorona. Los resultados basados en el modelo core-corona simplificado son compatibles con un aumento significativo en el número de muones en las simulaciones. Por esta razón, incluimos mediciones directas de muones en nuestro análisis y las comparamos con simulaciones completas en el contexto del Observatorio Pierre Auger. Como parte de la actualización del observatorio, denominada AugerPrime, el llamado Detector de Muones Subterráneo (UMD) ofrece una oportunidad única para medir directamente los muones de alta energía de las lluvias extensas. Para ello, se reconstruyeron y analizaron los datos adquiridos con el arreglo UMD en los primeros dos años y medio. En particular, creamos distribuciones medias de muones laterales (MLDF) basadas en datos en contenedores de energía y ángulo cenital y las comparamos con simulaciones de detectores completos en un escenario de core-corona. Gracias al nuevo método que ofrece simulaciones de lluvias extensas rápidas y realistas con propiedades de interacción hadrónica modificadas, hemos demostrado que un modelo parcialmente basado en las propiedades de hadronización del plasma de quark-gluón y aplicado gradualmente desde energías bajas a más altas, el déficit de muones se redujo considerablemente. Sería necesaria una investigación más detallada para determinar si este modelo se puede incorporar a un modelo de interacciones hadrónicas.