LHCf gearer op til at undersøge fødslen af ​​kosmiske strålebrusere

Kosmiske stråler er partikler fra det ydre rum, typisk protoner, rejser med næsten lysets hastighed. Når de mest energiske af disse partikler rammer atmosfæren på vores planet, de interagerer med atomkerner i atmosfæren og producerer kaskader af sekundære partikler, der bruser ned til jordens overflade. Disse omfattende luftbrusere, som de kendes, ligner kaskader af partikler, der dannes ved kollisioner inde i partikelkollidorer, såsom CERNs Large Hadron Collider (LHC). I den næste LHC, køres fra 2021, den mindste af LHC -eksperimenterne - LHCf -eksperimentet - skal indstille den første interaktion, der udløser disse kosmiske byger.

Observationer af omfattende luftbyger fortolkes generelt ved hjælp af computersimuleringer, der involverer en model for, hvordan kosmiske stråler interagerer med atomkerner i atmosfæren. Men der findes forskellige modeller, og det er uklart, hvilken der er den mest passende. LHCf-eksperimentet er i en ideel position til at teste disse modeller og hjælpe med at kaste lys over kosmisk stråleinteraktioner.

I modsætning til de vigtigste LHC -eksperimenter, som måler partikler udsendt i store vinkler fra kollisionslinjen, LHCf -eksperimentet måler partikler, der flyver ud i "fremad" retning, det er, i små vinkler fra kollisionslinjen. Disse partikler, som bærer en stor del af kollisionsenergien, kan bruges til at undersøge de små vinkler og høje energier, som forudsigelserne fra de forskellige modeller ikke matcher.

Brug af data fra proton -proton LHC -kollisioner med en energi på 13 TeV, LHCf har for nylig målt, hvordan antallet af fremadgående fotoner og neutroner varierer med partikelenergi ved tidligere uudforskede høje energier. Disse målinger stemmer bedre overens med nogle modeller end andre, og de bliver indregnet af modellerere af omfattende luftbrusere.

I det næste LHC -løb, LHCf bør udvide området for partikelenergier, der er undersøgt, på grund af den planlagte højere kollisionsenergi. Ud over, og takket være det igangværende opgraderingsarbejde, eksperimentet bør også øge antallet og typen af ​​partikler, der opdages og studeres.

Hvad mere er, eksperimentet planlægger at måle partikler fremad, der udsendes fra kollisioner af protoner med lysioner, sandsynligvis iltioner. De første interaktioner, der udløser omfattende luftbyger i atmosfæren, involverer hovedsageligt lette atomkerner som ilt og nitrogen. LHCf kunne derfor undersøge en sådan interaktion i det næste løb, kaster nyt lys på kosmisk stråle interaktionsmodeller ved høje energier.