Implementasjon av Tredimensjonale Elektromagnetiske Kaskader i Elmag
Master thesis
Permanent lenke
http://hdl.handle.net/11250/2625255Utgivelsesdato
2019Metadata
Vis full innførselSamlinger
- Institutt for fysikk [2702]
Sammendrag
En oppdatert versjon av Monte Carlo programmet ELMAG er presentert. Programmetsimulerer elektromagnetiske kaskader som startes av høyenergiske fotoner fra blasarer. Dehøyenergiske fotonene vekselvirker med bakgrunnsfotoner og produserer elektron-positronpar, som blir bøyd av et kosmologisk magnetisk felt, og deretter vekselvirker igjen med andrebakgrunnsfotoner. ELMAG kan nå ta høyde for den tredimensjonal utviklingen av kaskadeni et turbulent magnetisk felt. Det magnetiske feltet i programmet er en turbulent superpo-sisjon av helikser, da det er ønskelig å undersøke polarisasjon i et kosmologisk magnetisk felt,som kan bevise ulikheter i oppførselen til matterie og antimatterie i Universets begynnelse.Partikkelfysikken bak de elektromagnetiske kaskadene blir utledet, samt en beskrivelse avhvordan det magnetiske feltet blir generert. En avansert numerisk rutine blir presentert forå beregne partikkelbanen i det turbulente magnetiske feltet. Flere tester er blitt utført forbevise at den numeriske rutinen fungerer som ønskelig. Det ferdige programmet er laget sågenerelt som mulig, og blir beskrevet i detalj for å la enhver bruker tilpasse programmet tilønskelig formål. Programmet gir gode resultater når det sammenlignes med andre tilsvarendesimuleringer. Dog anbefales programmet kun for bruk når det simuleres for energier høyereenn ∼ 1 GeV. Som sluttresultat presenteres band bilder av overflatelysstyrken fra blasaren1ES 0229+200. Teoretisk forventning av tidsforsinkelse for avbøyde partikler er i overensstem-melse med resultatene fra programmet. Venstrehåndspolarisasjon og høyrehåndspolariasjonav det magnetiske feltet blir også evaluert. Det oppstår en tydelig forskjell i de respektiveband bildene. Dog er dette tilfellet for kun ett sett av tilfeldige parametre som initialiserermagnetfeltet. Det konkluderes dermed med at det må opparbeides mer statistikk før mankan dra en troverdig konklusjon på hvordan venstrehånds- og høyrehåndspolarisasjon vilpåvirke band bildet ulikt. A development of the Monte Carlo program ELMAG is presented. The program simulateselectromagnetic cascades initiated by high energy γ-rays interacting with the extragalacticbackground light, producing charged particles that are deflected in the extragalactic magneticfield and again interact with the background photons. ELMAG calculates now the three-dimensional evolution of the cascade with deflections by a turbulent magnetic field. Themagnetic field considered is helical, because theoretical predictions suggest that detectingpolarization in such a field can prove CP violation in the Early Universe. The particle physicsof electromagnetic cascades and the generation of a turbulent magnetic field is presented.An appropriate numerical solver is chosen, and tested against analytic formulae to providesufficient proof of a correct implementation. The complete Monte Carlo program is made asgeneral as possible, and is explained in detail, to make it easy for a user to specify desiredinput and output routines. Results from the program are in satisfying agreement with otherprograms in the high energy regime. A consequence of the desired efficiency in the programis that it should only be applied for photon energies above ∼ 1 GeV. As final results, thesimulations from the program provide surface brightness band images of the γ-ray sky aroundthe blazar 1ES 0229+200. The spectra of time delayed secondary particles are evaluated,and are in good agreement with theoretical predictions. Left-handed and right-handedpolarizations of the magnetic field lead to different deformations of the observed band image.However, a more detailed statistical treatment is required to make a reliable test for thepolarization of the extragalactic magnetic field.