Propagação De LÉptons Carregados Múons E Taus Em Altas Energias

Fabio Kaupe Marins Martins, Magno Valério Trindade Machado

Resumo


Introdução: Os telescópios de neutrinos têm o potencial para detectar fontes distantes de neutrinos ultraenergéticos. Os múons ascendentes advindos da conversão de neutrinos em múons através da interação de corrente carregada são os principais sinais dos neutrinos muônicos. As medidas dos fluxos de múons feitas em detectores subterrâneos como função do ângulo de zênite são uma maneira de determinar o fluxo de múons atmosféricos como função da energia. Em altas energias, espera-se que o fluxo de múons reflita o início das contribuições da produção de quarks charm na atmosfera. As medidas recentes no experimento subterrâneo SuperK sobre neutrinos atmosféricos sugerem fortemente a transição de neutrino de múon para neutrino do tau com um grande ângulo de mistura e uma diferença de massa não nula. Assumindo a oscilação de neutrino extragaláticos de múon para tau e usando os parâmetros do experimento SuperK, em torno da metade dos neutrinos muônicos são convertidos em neutrinos tauônicos durante a trajetória até a Terra. A perda de energia dos léptons tau afeta a propagação dos neutrinos na Terra, onde neutrinos do tau interagem com núcleos para produzir léptons tau, que decaem subseqüentemente. A compreensão da perda de energia dos taus em energias muito altas pode auxiliar na interpretação dos rastros longos produzidos pelas partículas carregadas nos detectores subterrâneos. O comportamento em altas energias das interações dos léptons múons e taus com a água ou núcleos presentes nas rochas têm implicações para as taxas de eventos e eventualmente a discriminação de suas fontes originais. Uma maneira de caracterizar a perda de energia dos léptons carregados é considerar a perda de energia média por distância, que pode ser expressa como uma função linear da energia do lépton. Material e Métodos: As seções de choque lépton-núcleo foram calculadas e comparadas aos dados experimentais existentes. No intervalo de energia de centro de massa do sistema na escala de GeVs, as predições teóricas descrevem com boa precisão os resultados experimentais. As extrapolações para energias relevantes à física de neutrinos ultraenergéticos, mostramos que nossos resultados predizem uma redução da seção de choque em valor considerável camparado aos cálculos existentes na literatura devido aos efeitos de saturação partônica. Resultados e Discussão: Para o cálculo da seção de choque lépton-núcleo utilizamos modelos analíticos baseados na teoria da interação forte. A simulação numérica da sua dependência em energia é feita utilizando softwares matemáticos (Maple) para a manipulação das expressões analíticas e linguagem de programação estruturada (Python) para simulação dos resultados numéricos. Os resultados são comparados aos dados experimentais disponíveis e extrapolados para o limite de energia relevante para a física de neutrinos ultraenergéticos. Conclusões: Calculamos a seção de choque lépton-núcleo usando formalismo teóricos das interações fortes e mostramos que está é suprimida no intervalo de energia relevante para a física de neutrinos ultraenergéticos, o que pode ser investigado nos telescópios de neutrinos em funcionamento ou nos experimentos planejados para este fim, como ICECUBE. Orgão de Fomento: FAPERGS

Palavras-chave


Física de altas energias, Raios Cósmicos, Perda de energia, Partículas elementares

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