Det mindste LHC-eksperiment har kosmisk udflugt

Omtrent en gang om året, det mindste Large Hadron Collider (LHC) eksperiment, LHC-forward (LHCf), er taget ud af sit dedikerede lager på stedet nær ATLAS-eksperimentet, geninstalleret i LHC-tunnelen, og taget i brug for at undersøge højenergiske kosmiske stråler.

Hvorimod ATLAS og de tre andre vigtigste LHC-eksperimenter – CMS, ALICE og LHCb – studere alle partikler produceret i kollisioner, uanset i hvilken retning de flyver ud, LHCf måler det affald, der kastes i 'meget fremad' retning.

Disse fremadrettede partikler bærer en stor mængde af kollisionsenergien, og næppe ændre deres bane fra retningen af ​​den indledende kolliderende stråle. Dette gør dem ideelle til at forstå udviklingen af ​​byger af partikler, der produceres, når højenergiske kosmiske stråler rammer atmosfæren.

"Idéen bag LHCf-eksperimentet er at hjælpe med at øge vores læring om naturen af ​​højenergiske kosmiske stråler, ved at måle og fortolke egenskaberne af de sekundære partikler, der frigives, når disse kosmiske stråler kolliderer med Jordens atmosfære, " forklarer Lorenzo Bonechi, der leder et team for LHCf-samarbejdet i Firenze, Italien.

Forsøgets to detektorer er installeret 140 meter på hver side af ATLAS-kollisionspunktet. De er ikke egnede til at blive brugt under normale LHC-operationer, og må derfor vente til maskinen kører med meget få kollisioner – svarende til en lav lysstyrke . Hvis lysstyrken er for høj, det større antal fremadrettede, højenergipartikler kan opvarme detektoren og forårsage permanent skade.

LHCf er blevet geninstalleret i nærheden af ​​ATLAS-detektoren flere gange. Dette år, eksperimentet installerede kun én detektor, som tager data under denne måneds heavy-ion løb, hvor LHC kolliderer protoner med blyioner. Den asymmetriske karakter af kollisionerne betyder, at en detektor ville blive bombarderet med resterne af blykernerne og kunne blive beskadiget.

Mængden af ​​affald, der kastes i fremadgående retning under kollisioner i LHC, og energien båret af disse partikler kan sammenlignes med forudsigelserne fra hadroniske interaktionsmodeller - sofistikerede fysikmodeller, der beskriver kollisioner mellem protoner og kerner og listen over producerede partikler i disse interaktioner.

"I løbet af tidligere kørsler har vi fundet betydelige uoverensstemmelser mellem vores data og de mest avancerede hadroniske interaktionsmodeller, som bruges til at modellere, hvordan kosmiske stråler bruser ned på jorden, når de interagerer med vores atmosfære. LHCf forsøger at finde beviser, der kan hjælpe med at bevise, hvilken af ​​disse modeller, der giver den mest pålidelige beskrivelse. Nu, forskere, der arbejder inden for dette felt, gør en indsats for at integrere vores resultater i deres modeller, og vi vil måske se en revolution i dem i den nærmeste fremtid, " siger Bonechi.

Kørslen med blyioner og protoner begyndte den 10. november 2016 med lavintensitets- og lavenergikollisioner (5,02 TeV), specielt for ALICE-detektoren til at tage målinger. Men nu er det steget til at kollidere med strålerne ved 8,16 TeV, og LHCf har allerede indsamlet flere millioner partikler og vil fortsætte med at tage data i de kommende dage.