Simulation von Luftschauern

Simulationen von ausgedehnten Luftschauern sind von zentraler Bedeutung für die Berechnung der Akzeptanz der Observatoriums und die Interpretation der mit dem Auger-Observatorum gemessenen Luftschauerdaten.

Da die Teilchenerzeugungs- und Zerfallsprozesse in einem Luftschauer von stochastischer Natur sind, können individuelle Schauerprofile nur mit der Monte Carlo-Methode vorhergesagt werden. Hierbei wird versucht, die einzelnen Teilchenwechselwirkungen genau nachzubilden, um die Bahnen aller Teilchen in einem Schauer zu berechnen. Der Rechenaufwand für die vollständige Simulation eines Schauers ist erheblich. Die benötigte Rechenzeit überschreitet bei den höchsten Energien viele Jahre. Deshalb wurden verschiedene Methoden entwickelt, um die Simulationen effizienter durchzuführen. Im Simulationsprogramm CORSIKA werden nur eine reduzierte Zahl von repräsentativen Teilchen simuliert und von diesen wird dann auf den Luftschauer geschlossen. In Hybrid-Simulationsprogrammen wird nur ein Teil der Teilchen explizit simuliert und der Einfluss der anderen Teilchen mit Hilfe von Differentialgleichungen berechnet. Beispiele für solche Programme sind CONEX und SENECA.

Ein wesentliches Problem bei der Simulation von Luftschauern stellt die realistische Modellierung der Erzeugung von hadronischen Teilchen bei hohen Energien dar. Da die Energien der Kosmischen Teilchen die an Beschleunigern erreichten Energien bei weitem übertreffen, muss mit Modellen extrapoliert werden. Dementsprechend sind die Unsicherheiten bei den Vorhersagen sehr groß. Eine deutliche Verbesserung der Situation wird von Messungen der Teilchenproduktion am neuen CERN-Beschleuniger LHC in 2008 erwartet.