Neue Myon-Simulationen
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Groß angelegte Neutrinoteleskope haben das vorrangige Ziel, Neutrinoquellen im Universum aufzuspüren und zu charakterisieren. Diese Experimente beruhen auf dem Nachweis von geladenen Leptonen, die bei der Wechselwirkung von Neutrinos mit Kernen entstehen. Im Allgemeinen werden die Energie und die Richtung eines einfallenden Teilchens mit Hilfe von Likelihood-Methoden geschätzt. Mit neuen Rekonstruktionsalgorithmen, die auf maschinelles Lernen und Hardware-Optimierungen zurückgreifen, kann die Richtung eines einfallenden Myons mit einer Winkelauflösung von weniger als 1 Grad in Teleskopen wie dem IceCube Neutrino Observatory oder KM3NeT gemessen werden.
Hochenergetische Myonen sind jedoch in der Lage, viele Kilometer durch dichte Medien wie Eis und Wasser zu reisen. In diesen Medien treten die Myonen sehr häufig in Wechselwirkung, wobei Energieverluste von bis zu 90 % der Myonenenergie auftreten und sogar noch größere Energieverluste möglich sind. Bei jeder Wechselwirkung findet ein Impulsaustausch statt, der zu einer kleinen Ablenkung der ursprünglichen Myonenrichtung führt. Die Frage ist: Kumulieren sich diese Ablenkungen und führen zu einer Gesamtablenkung in der Größenordnung der Winkelauflösung heutiger Neutrinoteleskope?
In dieser Arbeit wird das Lepton-Simulationsprogramm PROPOSAL verwendet, um die Ausbreitung des Myons und seine Ablenkungen zu simulieren. Das Tool ist optimiert, um effiziente Lepton- und Photonenausbreitung bei sehr hohen Energien durchzuführen und wird in unserer Arbeitsgruppe in Dortmund entwickelt und gepflegt. Zur Validierung werden sowohl Data-Monte-Carlo-Vergleiche als auch Vergleiche mit den Simulationswerkzeugen MUSIC und Geant4 durchgeführt. Es werden einzelne Ablenkungen pro Wechselwirkung und die akkumulierte Ablenkung nach einer Propagation durch Wasser und Eis untersucht. Abschließend werden die Auswirkungen von Myonenablenkungen auf Neutrinogroßteleskope und die Myographie diskutiert.