11.3.6.1.1 : Introduction à la simulation CORSIKA
CORSIKA~[111]CORSIKA: A Monte Carlo code to simulate extensive air showers, 1998, Heck, D. and Knapp, J. and Capdevielle, J. N. and Schatz, G. and Thouw, T. (COsmic Ray SImulations for KAscade) est un logiciel pour la simulation Monte Carlo des gerbes atmosphériques induites par des rayons cosmiques de haute énergie. Initialement développé au début des années~90 pour l'expérience KAscade à KIT (Karlsruhe Institute for Technology), ce logiciel a été rapidement adapté pour les cas d'utilisation d'autres expériences. Aujourd'hui CORSIKA est le logiciel de référence pour les expériences dans les domaines des rayons cosmiques, astronomie gamma et neutrino (e.g. Auger, CTA, IceCube,~etc.). En particulier, CORSIKA simule de manière détaillée le développement des cascades électromagnétiques et hadroniques en prenant en compte les différents processus d'interaction, perte d'énergie, production de particules secondaires ainsi que la propagation des particules dans l'atmosphère.
CORSIKA fournit un programme principal, écrit en Fortran 77, qui gère la pile des particules à propager, le transport des particules et la description de l'atmosphère. Les processus physiques sont ensuite implémentés dans des modules externes. Dans le cas d'utilisation de l'astronomie Cherenkov, un module supplémentaire IACT/atmo~[112]Simulation of imaging atmospheric Cherenkov telescopes with CORSIKA and sim_telarray, 2008, Bernl\ohr K., écrit en C, implémente la géométrie 3D des télescopes Cherenkov, une description détaillée de l'atmosphère ainsi que la propagation des photons Cherenkov jusqu'aux télescopes. Au total CORSIKA contient plus de cent mille lignes de code.
CTA (Cherenkov Telescope Array)~[110]Design concepts for the Cherenkov Telescope Array CTA: an advanced facility for ground-based high-energy gamma-ray astronomy, 2011, Actis M. et al. (CTA Consortium), le futur observatoire de rayons gamma, utilise également CORSIKA pour ses simulations. Pendant sa phase de préparation, le consortium CTA a effectué plusieurs campagnes de simulation sur la grille de calcul EGI afin de définir le design global de CTA (nombre et dimension des télescopes), puis de guider certains choix stratégiques comme la sélection des meilleurs sites d'implantation~[113]Monte Carlo Performance Studies for the Site Selection the Cherenkov Telescope Array, 2017, Hassan T. et al. et la définition de la géométrie optimale des réseaux~[114]Monte Carlo studies for the optimisa- tion of the Cherenkov Telescope Array layout, 2019, Acharyya A. et al.. Ces productions utilisent typiquement 8000 cœurs simultanément, distribués sur une vingtaine de sites de la grille. En phase d'opération, des simulations seront nécessaires afin de calculer, pour chaque intervalle de temps étudié, les fonctions de réponse des télescopes. Le temps de calcul associé aux simulations est et restera très important, i.e. environ 200 millions d'heures CPU HS06 par an selon les estimations actuelles.
Dans ce contexte, l'optimisation de CORSIKA permet de produire des fonctions de réponse dans un délai plus court (intéressant pour la science des évènements transitoires), ou de réduire les incertitudes statistiques et systématiques sur chaque fonction de réponse en augmentant la statistique des évènements simulés et en élargissant l'espace des paramètres considérés ainsi que leur granularité.