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Previous issue date: 2012-06-15 === Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES === The collision between a cosmic ray and an atmosphere nucleus produces a set of
secondary particles, which will decay or interact with other atmosphere elements. This
set of events produced a primary particle is known as an extensive air shower (EAS) and is
composed by a muonic, a hadronic and an electromagnetic component. The muonic flux,
produced mainly by pions and kaons decays, has a dependency with the atmosphere’s
e↵ective temperature: an increase in the e↵ective temperature results in a lower density
profile, which decreases the probability of pions and kaons to interact with the atmosphere
and, finally, resulting in a major number of meson decays. This dependency between the
muon flux and the atmosphere’s e↵ective temperature can be written as !Rμ/hRμi =
↵T!Teff/hTeff i, where the ↵T coefficient was measured by a set of experiments such as
AMANDA, Borexino, MACRO and MINOS. This research will verify this temperature
e↵ect by simulating the final muon flux produced by two di↵erent parameterizations of the
atmospheric model. Each parameterization is described by a depth function X(h), which
can be related to muon flux by the form !Rμ/Rμ = ↵X!X/X. This relation, associated
with the MINOS experimental value for ↵T = 0.873±0.009, is used to define the relation
between !X/X and !Teff/hTeff i. The simulation is done by using a set of high and
low energy hadronic interaction and decay models called CORSIKA. All parameters were
defined in order to fit the physical characteristics of the MINOS’ Far Detector and, by
using its experimental value for ↵T , the results show that a variation of ⇠2.5% in X(h)
implies in a variation of ⇠1% in Teff . Moreover, it is shown that the simulation is
qualitatively in agreement with all physical behaviors expected from an increase in the
value of the e↵ective temperature of the atmosphere. The values found for ↵X = 0.31+0.12
−0.16
and ↵X = 0.30+0.12
−0.16, which represent the results for the correlation with and without
the selection cuts for the Far Detector, suggest that there is no dependency between the
particles’ energy and its interaction probability within the investigated energy range. === A colisão entre um raio cósmico e um núcleo da atmosfera produz um conjunto
de partículas secundárias, as quais podem decair ou interagir com outro elemento da atmosfera.
Essa sequência de eventos, onde uma partícula primária produz um conjunto
de partículas secundárias ´e conhecida como chuveiro atmosférico extenso (EAS) e é composta
pelas componentes muônica, hadrônica e eletromagnética. O fluxo da componente
muˆonica – produzida principalmente por decaimentos de píons e káons (para escalas de
100 TeV, hádrons charmosos também contribuem) – tem uma dependência com a temperatura
efetiva da atmosfera, onde aumentos de temperatura diminuem sua densidade,
fato que resulta numa diminuição da probabilidade de interação e, consequentemente,
no aumento da quantidade de decaimento dos mésons produzidos pelo EAS. Essa dependência entre a temperatura efetiva da atmosfera e o fluxo de múons – descrita na
forma !Rμ/hRμi = ↵T!Teff/hTeff i – foi medida por diferentes experimentos, como o
AMANDA, Borexino, MACRO e MINOS, todos apresentando valores semelhantes para o
coeficiente ↵T . Esta pesquisa simula indiretamente este efeito de temperatura `a partir do
estudo do fluxo de múons simulados utilizando diferentes parametrizações para o modelo
atmosférico. As parametrizações são descritas por uma função X(h), o que possibilita uma
rela¸c˜ao entre a varia¸c˜ao na parametrização atmosférica e a variação no fluxo de múons, na
forma !Rμ/Rμ = ↵X!X/X. Utilizando os resultados simulados para ↵X e os resultados
experimentais para ↵T , pode-se correlacionar !X/X e !Teff/hTeff i. As simulações são
feitas utilizando o pacote CORSIKA, um conjunto de modelos de interações hadrônicas
de altas e baixas energias e de decaimentos. Os parâmetros das simulações obedecem `as
características físicas referentes ao Far Detector do experimento MINOS de forma que, `a
partir do resultado obtido pelo experimento para ↵T – dado por ↵T = 0,873 ± 0,009 –,
mostra-se que uma varia¸c˜ao de ⇠2,5% em X(h) leva a uma varia¸c˜ao de ⇠1% no valor de
Teff . Além de encontrar a correlação entre a variação da parametrização atmosférica com
a variação na temperatura efetiva das parametrizações, verificou-se de que a simulação
atende, qualitativamente, `a todos os requisitos esperados fisicamente em caso de uma
elevação na temperatura efetiva da alta atmosfera. Por fim, os valores encontrados para
↵X – dados por ↵X = 0,31+0,12
−0,16 e ↵X = 0,30+0,12
−0,16, para um fluxo de múons que não inclui
e que inclui as seleções e cortes referentes `as características do experimento MINOS – sugerem
que, dentro do intervalo de energia investigado, não existe uma dependência entre
a energia da partícula e sua probabilidade de decaimento.
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