Difusão de raios cósmicos: uma abordagem computacional
O estudo dos raios cósmicos de ultra-alta energia (RCUAEs) situa-se no ramo de pesquisa da física de astropartículas, que está entre a física de partículas elementares e a astrofísica. Esta área teve um enorme crescimento nas últimas décadas devido, em parte, aos avanços nas técnicas experimentais e à construção de novos experimentos com grande área de exposição — o que permitiu a exploração de regiões de energia onde fluxo é baixíssimo, levando a descobertas de novas estruturas no espectro energético de partículas e de raios gama de utra-alta energia. Tais avanços levam à solução de importantes problemas da física de raios cósmicos, entretanto, diversas questões permanecem em aberto, como a identificação inequívoca das fontes astrofísicas, da composição e dos processos de produção e aceleração dos RCUAEs.
Existem indícios de anisotropia nas ultra-altas energias que apontam para a possibilidade de indentificação das fontes, contudo, faz-se necessário um estudo detalhado da propagação das partículas nos campos magnéticos galácticos e extragalácticos, uma vez que sabe-se que partículas carregadas devem desviar-se, sob ação da força de Lorentz, em seu trajeto até a Terra.
Este trabalho utiliza como ponto de partida o software EGCRProp. Este programa possui uma estrutura avançada e completa de simulações de Raios Cósmicos de Ultra-Alta Energia, e nosso objetivo principal é incluir uma gama de processos de interações das partículas altamente energéticas com a Radiação Cósmica de Fundo. Tais processos são responsáveis por estabelecerem desvios na trajetória destas partículas e, em especial, um deles é a razão para o efeito conhecido como limite Greisen-Zatsepin-Kuzmin (corte GZK).
Esta tese se divide em três etapas. A primeira é o desenvolvimento teórico e o levantamento bibliográfico completo dos fenômenos de produção de pares, fotoprodução de píons e fotodesintegração nuclear. A segunda etapa é a elaboração destes modelos computacionalmente e sua consequente implementação no software original. A terceira etapa é a de simular efetivamente diversos cenários no programa desenvolvido, e então comparar com o software CRPropa, referência em simulações na área de Raios Cósmicos