I raggi cosmici sono particelle atomiche ad alta energia che bombardano continuamente la superficie terrestre quasi alla velocità della luce. Il campo magnetico del nostro pianeta scherma la superficie dalla maggior parte delle radiazioni generate da queste particelle. Ancora, i raggi cosmici possono causare malfunzionamenti elettronici e sono la principale preoccupazione nella pianificazione delle missioni spaziali.

I ricercatori sanno che i raggi cosmici provengono dalla moltitudine di stelle della Via Lattea, compreso il nostro sole, e altre galassie. La difficoltà è rintracciare le particelle a fonti specifiche, perché la turbolenza del gas interstellare, plasma, e la polvere li fa disperdere e ridisperdere in direzioni diverse.

In I progressi dell'AIP , I ricercatori dell'Università di Notre Dame hanno sviluppato un modello di simulazione per comprendere meglio queste e altre caratteristiche di trasporto dei raggi cosmici, con l'obiettivo di sviluppare algoritmi per migliorare le tecniche di rilevamento esistenti.

La teoria del moto browniano è generalmente impiegata per studiare le traiettorie dei raggi cosmici. Proprio come il movimento casuale delle particelle di polline in uno stagno, le collisioni tra i raggi cosmici all'interno di campi magnetici fluttuanti fanno sì che le particelle si spingano in direzioni diverse.

Ma questo classico approccio alla diffusione non affronta adeguatamente i diversi tassi di propagazione influenzati dai diversi ambienti interstellari e dai lunghi periodi di vuoti cosmici. Le particelle possono rimanere intrappolate per un po' di tempo in campi magnetici, che li rallentano, mentre altri vengono spinti a velocità più elevate attraverso esplosioni stellari.

Per affrontare la natura complessa del viaggio dei raggi cosmici, i ricercatori utilizzano un modello di scattering stocastico, un insieme di variabili casuali che evolvono nel tempo. Il modello si basa sul moto browniano geometrico, una classica teoria della diffusione combinata con una leggera deriva della traiettoria in una direzione.

Nel loro primo esperimento, hanno simulato i raggi cosmici che si muovono attraverso lo spazio interstellare e interagiscono con nuvole magnetizzate localizzate, rappresentato come tubi. I raggi viaggiano indisturbati per un lungo periodo di tempo. Sono interrotti dall'interazione caotica con le nuvole magnetizzate, con conseguente riemissione di alcuni raggi in direzioni casuali e altri che rimangono intrappolati.

analisi numerica di Montecarlo, basato su ripetuti campionamenti casuali, ha rivelato intervalli di densità e intensità di riemissione delle nubi magnetiche interstellari, portando a distorto, o dalla coda pesante, distribuzioni dei raggi cosmici in propagazione.

L'analisi denota un comportamento superdiffusivo marcato. Le previsioni del modello concordano bene con le proprietà di trasporto note nei complessi mezzi interstellari.

"Il nostro modello fornisce preziose informazioni sulla natura degli ambienti complessi attraversati dai raggi cosmici e potrebbe aiutare a far progredire le attuali tecniche di rilevamento, " ha detto l'autore Salvatore Buonocore.