Fysikere springer acceleratorer med kosmiske stråler med ultrahøj energi

Et internationalt team af fysikere har udviklet en banebrydende tilgang til brug af Ultrahigh Energy Cosmic Rays (UHECR'er)-de højeste energipartikler i naturen siden Big Bang-for at studere partikelinteraktioner langt uden for rækkevidde af menneskeskabte acceleratorer. Arbejdet, skitseret i journalen Fysisk gennemgangsbreve , gør brug af UHECR -målinger fra Pierre Auger Observatory (PAO) i Argentina, som har registreret UHECR -data i cirka et årti.

Undersøgelsen kan også pege på fremkomsten af ​​nogle nye, endnu ikke forstået fysisk fænomen i en størrelsesorden højere energi end der kan tilgås med Large Hadron Collider (LHC), hvor Higgs -partiklen blev opdaget.

Oprindelsen af ​​UHECR'er er stadig et mysterium, på trods af årtiers arbejde med det formål at opdage deres kilder. Endnu før UHECR'ernes kilder er identificeret, partikelbruserne, de skaber i Jordens atmosfære, kan bruges til at udforske grundlæggende fysik.

De kosmiske stråler er atomkerner. Når de kolliderer med luftpartikler, hundredvis af yderligere partikler dannes, som derefter interagerer yderligere for at producere en kaskade af partikler i atmosfæren. PAO -teleskoper måler, hvordan bruseren udvikler sig, når den bevæger sig gennem atmosfæren, og PAO overfladedetektorer måler partikelindholdet i bruseren på jorden. Vanskeligheden ved at bruge UHECR luftbrusere til at studere partikelfysik, indtil nu, stammer fra usikkerheden i en individuel stråles energi og ikke helt at vide, hvilken kerne det er.

New York University Physics Professor Glennys Farrar og Jeff Allen, hendes kandidatstuderende og postdoktor på studietidspunktet, omgået dette ved at bruge atmosfæren på samme måde som en partikeldetektor anvendes i laboratorieforsøg. For Fysisk gennemgangsbreve undersøgelse, de sammenlignede PAO -dataene for 441 UHECR -brusere, med computersimulerede brusere baseret på partikelfysikmodeller afledt af eksperimenter med accelerator energier.

"State-of-the-art partikelfysik-modeller undervurderer alvorligt en vigtig komponent i disse UHECR-brusere, "forklarer Farrar." Dette kan pege på fremkomsten af ​​uventede fysiske processer ved højere energi end LHC. Fremtidige undersøgelser, og planlagte opgraderinger til PAO, skulle afsløre, hvad der producerer det ekstra signal, giver et vindue om partikelfysik langt uden for accelerators rækkevidde. "