onte-Carlo Simulation for The Extended Air Shower due to Ultra High Energetic Cosmic Rays Interaction /
/ محاكاة مونت كارلو لوابل الجسيمات الممتد الناتج عن تفاعلات الأشعة الكونية ذات الطاقات الفوق عالية
by Ahmed Abdelfattah Omar Hassan ; supervisors Prof. Dr. Sayed Salah Abdel-Aziz , Dr. Mohammed Hasan Mohammed Soleiman.
- 115 pages : illustrations ; 25 cm. + CD.
Thesis (M.Sc.)-Cairo University, 2023.
Bibliography: pages 107-115.
Mass numbers identification of primary nuclei shocking the atmosphere and could ignite extensive air showers (EAS) is vital in the studies of Ultra High Energetic Cosmic Rays Interactions (UHECRI). The present investigation introduces a simple technique in processing of the shower data generated by CORSIKA 7.6400, which is the EAS-Monte Carlo generator, at the detection level 1400 m above sea level (a.s.l.), earth’s magnetic field of Bx = 19.52μT Bz = -14.17μT , energy cut of 0.3 GeV for hadrons and muons, 0.003 GeV for electrons and photons, and starting altitude of 0 g\/cm^2, which are the mean parameters of the Pierre Auger observatory, to identify the nucleus that starts the cascade of the EAS. Detailed data are generated at different incidence energies (1015, 1016, 1017 eV) and with different incidence angle from 0 to 50 degrees with step of 10 degrees. Cherenkov radiations have been disabled throughout the data generation. The data are analyzed, the energy spectra of secondary particles of EAS for light nuclei (H and He), medium nuclei (Mg), and Heavy nuclei (Ti, Cr, Fe) are obtained totally and without photons. The resulting spectra are divided into peak and tail regions using fitting functions suitable to the spectral profile. The prepared parameter (ζ =area of the tail region\/the whole area of the spectrum ) is assigned a name ‘tail/total ratio’, and used as an assessment spectral parameter. It is found that, fitting function which divides spectral profile into regions determined by Rayleigh, power law, power law distribution functions is suitable for the whole spectra, but it is suitable for the reduced spectra up to incidence angle θ=〖30〗^o. Incidence angles θ=〖40〗^o,〖 50〗^o have reduced spectra with a profile where the tail is another peak, and the fitting function suitable for this profile divides spectral profile into regions determined by Rayleigh, power law, gauss distribution functions. The tail/total ratio (ζ) shows monotonic increase behavior for medium mass numbers of the primary nuclei and it is a candidate parameter to identify them (this result is investigated and valid for (_2^4)He,(_12^24)Mg,(_22^48)Ti primary nuclei). The method developed in this work is clear and simple in estimating the mass number (A) of the primary nuclei with medium mass numbers. من خلال هذه الدراسة يتم استخدام اسلوب بسيط وجديد لمعالجة وتحليل بيانات الأرصاد للإنهمار الجسيمي للأشعة الكونية ذات الطاقات فوق العالية. حيث يتم محاكاة وانتاج البيانات باستخدام المولد "كورسيكا 7.6400"، الذي ينتج بيانات تفصيلية لوابل الجسيمات الممتد في الغلاف الجوي على الحاسب الالكتروني بطريقة مونت-كارلو وباستخدام نماذج فيزيائية في مجال الفيزياء النووية وفيزياء الطاقات العالية. وذلك لكل حدث أولي، من مجموعة من أحداث أولية يتم اختيارها على أساس انها عالية الاحتمالية في الحدوث، ثم يتم الحصول على أطياف الطاقة الكلية وكذلك بدون فوتونات جاما لكل حدث أولي. تم ضبط المولد الاحصائي على أساس أن الكشف يتم على ارتفاع 1400 متر من سطح البحر، والمجال المغناطيسي للأرض يتحدد بالقيم (Bx = 19.52μT Bz = -14.17μT)، وبداية التفاعل تبدأ عند عمق 0 جرام/سم مربع من أعالي الغلاف الجوي، وطاقة حدية دنيا للكشف تبلغ 0.3 جيجا الكترون فولت للهدرونات والميونات و 0.003 جيجا الكترون فولت للالكترونات والفوتونات، مع غلق إنتاج فوتونات إشعاع تشيرنكوف، وهى بارامترات مقاربة لتجربة مرصد "بيير اوجيه" بالارجنتين. تم إنتاج البيانات لستة أنوية أولية هى الهيدروجين والهيليوم كأنوية خفيفة والمغنسيوم كنواة متوسطة الكتلة والتيتانيوم والكروم والحديد كأنوية ثقيلة. وذلك عند طاقات (1015, 1016, 1017) الكترون فولت، وزاوايا سقوط (0^o,〖10〗^o,〖20〗^o,〖30〗^o,〖40〗^o,〖50〗^o) بالنسبة للسمت عند موضع التصادم الأول. بعد تحليل البيانات الطيفية باستخدام دالتين: الاولى تشمل توزيعات رايلي وقانون القوة لنطاق آخر، والثانية تشمل توزيعات رايلي وقانون القوة وتوزيع جاوس، بهدف تقسيم النطاق الطيفي بدون فوتونات لتوزيع أساسي وتوزيع ممتد (قمة وذيل)، ثم حساب نسبة مساحة النطاق الممتد إلى الكل (ζ). تم ملاحظة وجود زيادة مطردة بين العدد الكتلي للأنوية المتوسطة الكتلة ((_2^4)He,(_12^24)Mg,(_22^48)Ti) والنسبة (ζ) للجسيمات المتضمنة في الجزء الممتد من طيف الإنهمار الجسيمي، وهذا يتحقق لكل طاقات وزوايا السقوط للحدث الأولي المتضمنة في تلك الدراسة. وهو ما يؤدي الى تقدير أدق للعدد الكتلي لنواة الحدث الأولي.
Text in English and abstract in Arabic & English.
Nuclear Physics
Ultra High Energetic Cosmic Ray (UHECR) Monte-Carlo generator CORSIKA Extensive Air Showers (EAS) Pierre Auger observatory experiment Medium mass nuclei Air shower spectrum