Promotionsvortrag von Michael Elias Windau

Diese Arbeit untersucht das bayessche Tuning hadronischer Wechselwirkungsmodelle, wie sie in Monte-Carlo-Simulationen kosmischer Luftschauer verwendet werden. Da hadronische Wechselwirkungen die Erzeugung sekundärer Teilchen in der Atmosphäre bestimmen, ist ihre Modellierung entscheidend für die Beschreibung von Luftschauer-Observablen und für die Interpretation kosmischer Strahlungsmessungen.
In dieser Arbeit wird der hadronische Ereignisgenerator Pythia 8 verwendet und mithilfe von Beschleunigerdaten aus Collider- und Fixed-Target-Experimenten eingeschränkt. Obwohl die höchstenergetischen kosmischen Luftschauer Wechselwirkungen jenseits der Reichweite aktueller Beschleunigermessungen umfassen, schränken die ausgewählten Observablen Aspekte der hadronischen Teilchenproduktion ein, die auch bei der Entwicklung von Luftschauern auf niedrigeren Energieskalen relevant sind. Anstatt ein direktes Tuning an Luftschauerdaten durchzuführen, besteht das Ziel darin zu untersuchen, wie sich Einschränkungen aus Beschleunigermessungen auf Luftschauersimulationen übertragen.
Die Analyse ist auf eine ausgewählte Menge sensitiver Modellparameter und Observablen beschränkt. Die Arbeit umfasst außerdem einen Vergleich von Surrogatmodellen, die zur Parametrisierung der Generatorantwort verwendet werden und damit das bayessche Tuning-Verfahren ermöglichen. Es zeigt sich, dass die Wahl des Surrogatmodells sowohl für die Qualität des Tunings als auch für die Verlässlichkeit der Unsicherheitsfortpflanzung vom Tuning auf die simulierten Observablen entscheidend ist.
Die Ergebnisse zeigen, dass die ausgewählten Collider- und Fixed-Target-Datensätze nicht optimal durch ein einziges gemeinsames Tuning beschrieben werden können, da sie unterschiedliche Bereiche des Parameterraums bevorzugen. Daher werden getrennte Tunes konstruiert und untersucht. Diese Tunes verbessern die Beschreibung der jeweiligen Beschleunigerdatensätze und führen zugleich zu messbaren Änderungen in Luftschauersimulationen. Insbesondere ändert sich die vorhergesagte mittlere Myonenzahl um etwa 7–9%, was zeigt, dass ein auf Beschleunigerdaten basierendes Tuning die Modellierung kosmischer Luftschauer direkt beeinflussen kann.