通过冰和水的光追踪——利用Photonics软件包在非均匀介质中的散射和吸收

在中微子天文学领域，大体积的光学透明物质，如冰川冰、湖水或深海海水，被用作探测器介质。利用原位探测器记录由超相对论带电粒子（通常是μ子或电子）产生的切伦科夫辐射的微弱光子场的时间分布和通量，来研究基本粒子相互作用。Photonics软件包旨在通过蒙特卡洛模拟确定包含光源的体积内的光子通量和时间分布。光子被传播，其时间分布被记录在构成模拟体积的网格中，米氏散射和吸收通过依赖于波长和位置的参数化来实现。光子追踪结果存储在二进制表中，可通过ANSI-C和C++接口透明访问。对于更高级的物理应用，如粒子事件的模拟或重建，可以快速获取预定义光源和探测器属性及几何形状的光产额和时间分布，而无需实时光子传播。本文介绍了Photonics的光传播例程和方法，并将其应用于IceCube和Antares中微子望远镜。描述了南极冰川冰的非均匀性如何扭曲基本粒子相互作用的信号，以及如何使用Photonics来解释这些效应。