Le modèle de simulation constitue la première étape du développement d’algorithmes pour améliorer les méthodes de détection. –

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  • Les rayons cosmiques sont des particules atomiques de haute énergie bombardant continuellement la surface de la Terre à presque la vitesse de la lumière. Le champ magnétique de notre planète protège la surface de la plupart des radiations générées par ces particules. Pourtant, les rayons cosmiques peuvent provoquer des dysfonctionnements électroniques et sont la principale préoccupation dans la planification des missions spatiales.

    Les chercheurs savent que les rayons cosmiques proviennent de la multitude d’étoiles de la Voie lactée, y compris notre soleil et d’autres galaxies. La difficulté consiste à tracer les particules vers des sources spécifiques, car la turbulence du gaz interstellaire, du plasma et de la poussière les fait se disperser et se rediffuser dans des directions différentes.

    Dans Avances AIP, par AIP Publishing, des chercheurs de l’Université de Notre Dame ont développé un modèle de simulation pour mieux comprendre ces caractéristiques et d’autres caractéristiques de transport des rayons cosmiques, dans le but de développer des algorithmes pour améliorer les techniques de détection existantes.

    La théorie du mouvement brownien est généralement utilisée pour étudier les trajectoires des rayons cosmiques. Tout comme le mouvement aléatoire des particules de pollen dans un étang, les collisions entre les rayons cosmiques dans des champs magnétiques fluctuants entraînent la propulsion des particules dans différentes directions.

    Mais cette approche de diffusion classique ne traite pas de manière adéquate les différentes vitesses de propagation affectées par divers environnements interstellaires et de longues périodes de vides cosmiques. Les particules peuvent être piégées pendant un certain temps dans des champs magnétiques, ce qui les ralentit, tandis que d’autres sont poussées à des vitesses plus élevées par des explosions d’étoiles.

    Pour aborder la nature complexe du voyage des rayons cosmiques, les chercheurs utilisent un modèle de diffusion stochastique, un ensemble de variables aléatoires qui évoluent au fil du temps. Le modèle est basé sur le mouvement brownien géométrique, une théorie de diffusion classique combinée à une légère dérive de trajectoire dans une direction.

    Dans leur première expérience, ils ont simulé des rayons cosmiques se déplaçant dans l’espace interstellaire et interagissant avec des nuages ​​magnétisés localisés, représentés sous forme de tubes. Les rayons voyagent sans être dérangés pendant une longue période de temps. Ils sont interrompus par une interaction chaotique avec les nuages ​​magnétisés, ce qui fait que certains rayons réémettent dans des directions aléatoires et d’autres restent piégés.

    L’analyse numérique de Monte Carlo, basée sur un échantillonnage aléatoire répété, a révélé des plages de densité et de force de réémission des nuages ​​magnétiques interstellaires, conduisant à des distributions asymétriques ou à queue lourde des rayons cosmiques se propageant.

    L’analyse dénote un comportement superdiffusif marqué. Les prédictions du modèle concordent bien avec les propriétés de transport connues dans les milieux interstellaires complexes.

    «Notre modèle fournit des informations précieuses sur la nature des environnements complexes traversés par les rayons cosmiques et pourrait aider à faire progresser les techniques de détection actuelles», a déclaré l’auteur Salvatore Buonocore.

    Source de l’histoire:

    Matériaux fourni par Institut américain de physique. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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