LHCf fortsætter med at undersøge kosmiske stråler

LHCf har afsluttet sin første dataoptagelsesperiode under LHC Run 3 og udnytter den rekordhøje kollisionsenergi på 13,6 TeV. Dette falder sammen med maskinens rekordstore påfyldningstid på 57 timer.

Millioner af kosmiske stråler bombarderer Jordens atmosfære hvert sekund. Disse er naturligt forekommende partikler fra det ydre rum, som er ekstremt vanskelige at opdage og måle. Når de kolliderer med kerner i den øvre atmosfære, producerer disse såkaldte primære kosmiske stråler byger af sekundære kosmiske stråler, der fortsætter med at nå jorden.

Large Hadron Collider forward (LHCf)-eksperimentet, et af de mindste af LHC-eksperimenterne, blev sat op til grundigt at undersøge disse undvigende partikler, da LHC-operationen først begyndte. I denne uge genoptog den sine undersøgelser af egenskaberne af kosmiske stråler i en fem-dages datatagning, efter at opgraderingerne til detektoren var afsluttet under den anden lange nedlukning af maskinen.

"Da side et af LHC viste, at LHC blev udfyldt til LHCf-dataoptagelsen, var vi meget begejstrede," siger Oscar Adriani, stedfortrædende talsmand for LHCf.

Dette er LHCfs første dataoptagelseskørsel med LHC's rekordkollisionsenergi på 13,6 TeV. Løbet faldt også sammen med den rekordtid, at LHC har kunnet holde en fyld uden genstart, nemlig en samlet periode på 57 timer. At køre i længere tid betyder mere effektive perioder med datatagning for eksperimenterne.

Primære kosmiske stråler kan have meget høje energier - over 1017 eV - svarende til de højenergikollisioner, der produceres i LHC. Beliggende 140 m fra ATLAS kollisionspunktet for LHC og måler kun 20 cm gange 40 cm gange 10 cm, analyserer LHCf neutrale partikler, der er blevet kastet frem af kollisioner, og efterligner produktionen af ​​sekundære kosmiske stråler i Jordens atmosfære. Forsøget er i stand til at analysere neutrale partikler, fordi de ikke afbøjes af LHC's stærke magnetfelt, og kan måle deres egenskaber med ekstrem høj præcision.

Denne fem-dages kørsel vil sandsynligvis være den sidste LHCf-kørsel, der involverer proton-proton-kollisioner, for i den næste dataoptagelsesperiode af kørsel 3 håber samarbejdet at studere proton-ilt-kollisioner, der bedre efterligner interaktionen mellem primære kosmiske stråler og Jordens atmosfære.

Med den højere energi og højere statistik, som Run 3 giver, er LHCf især på udkig efter partikler kaldet neutrale kaoner og neutrale eta-mesoner. Disse består af en kvark og et antikvarkpar, inklusive en mærkelig kvark. "De modeller, der forudsiger interaktion med atmosfæren, forudsiger et vist antal sekundære myoner, men der er et misforhold mellem det forventede og det detekterede antal af myoner," forklarer Adriani. "Ved at måle den mærkelige komponent produceret ved LHC, kan vi muligvis løse dette myon-puslespil."

LHC er med sin høje energi og kontrollerede miljø det perfekte sted at simulere og studere de kosmiske strålers hadroniske interaktioner. "Kosmiske højenergistråler er stadig et mysterium. De er meget svære at måle. Du har brug for enorme detektorer, og du kan ikke udføre direkte målinger, mens de er i kredsløb, fordi fluxen er for lille," fortsætter Adriani. "Så, LHCf er virkelig det eneste eksperiment i verden, der kan kaste lys over disse interaktioner ved meget, meget høj energi. Dette er et kritisk element for kosmiske strålefysikere." + Udforsk yderligere

LHCf gearer op til at undersøge fødsel af kosmiske stråler