Promotionsvortrag Jan Benjamin Soedingrekso

Myonen sind der dominierende Teilchentyp, der in fast allen Untergrundexperimenten gemessen wird, hauptsächlich bedingt durch die hohe Produktionsrate von Myonen in durch kosmische Strahlung induzierten Luftschauern sowie die große Myonenreichweite. Aufgrund ihres stochastischen Propagationsverhaltens können sie mit minimalen Energieverlusten unentdeckt durch Vetoregionen propagieren und innerhalb des Detektors mit einem großen stochastischen Energieverlust eine signalartige Signatur erzeugen. Daher sind eine genaue Beschreibung der theoretischen Modelle und eine präzise Behandlung in Simulationen sowie eine Validierung des Wirkungsquerschnitts mit Messungen erforderlich. In dieser Arbeit wurden systematische Unsicherheiten in Simulationen hochenergetischer Myonen analysiert und verbessert, was in drei Teile unterteilt werden kann. Die theoretischen Modelle der Wirkungsquerschnitte wurden überarbeitet und Strahlungskorrekturen für die Paarproduktionswechselwirkung wurden berechnet. In einem nächsten Schritt wurde die Monte-Carlo-Simulationsbibliothek PROPOSAL in einem modularen Design komplett umstrukturiert, um genauere Modelle und Korrekturen einbeziehen zu können. Aufgrund der verbesserten Nutzbarkeit durch den modularen Aufbau und der Zugänglichkeit als freie Open-Source-Software wird PROPOSAL inzwischen in vielen Anwendungen eingesetzt, von großen Simulations-Frameworks, wie der Luftschauer-Simulation CORSIKA, bis hin zu kleinen Simulationsstudien. Der dritte Teil bestand aus einer Machbarkeitsstudie unter Verwendung von PROPOSAL zur Messung des Bremsstrahlungsquerschnitts aus der Energieverlustverteilung, die in kubikkilometergroßen Detektoren gemessen werden kann. Für eine Detektorauflösung, welcher der des IceCube-Neutrinoteleskops ähnelt, wurde die Bremsstrahlungsnormalisierung mit einer Unsicherheit von 4% abgeschätzt.