В Большом адронном коллайдере устроили широкий атмосферный ливень

Каждую секунду на Землю обрушивается поток космических лучей. Благодаря надежно защищающей планету и ее жителей атмосфере до поверхности они не доходят, а превращаются в широкий атмосферный ливень — выбитые из атомов воздуха вторичные частицы.

Такой космический ливень — точнее, самый первый момент его зарождения — устроили в прошлом году в Большом адронном коллайдере (БАК): столкнули протоны с ядрами кислорода. Результаты этого захватывающего эксперимента вышли в журнале Physical Review Letters.

Атмосфера не позволяет изучать космические лучи напрямую — сделать это можно лишь за ее пределами, где технические возможности исследований весьма ограничены. Либо можно наблюдать косвенные признаки — те самые вторичные частицы, но для этого нужно четко моделировать сам процесс их возникновения.

С этой целью коллаборация ATLAS по инициативе ее участников Джесси Лю и Лидии Бересфорд провела — впервые в истории БАК — эксперимент со столкновением протонов и кислорода, то есть, по сути, воссоздала момент входа космического луча в атмосферу.

В центре столкновений была достигнута энергия 9,62 ТэВ, соответствующая энергии космического протона 49 ПэВ при ударе об атом воздуха (потому что в атмосфере он неподвижный, а в коллайдере пучки разгоняли навстречу друг другу).

Образующиеся при этом частицы регистрировались детектором ATLAS — огромным прибором, представляющим собой большой набор кремниевых сенсоров, чтобы «снимать крупным планом портреты» частиц.

Эти изображения проанализировали и измерили, сколько частиц рождается в столкновениях и с какими энергиями они разлетаются. Получены результаты в 10 раз точнее, чем предсказывают компьютерные модели.

Переработка моделей с учетом уточненных данных еще впереди. Они помогут определить, какая доля высокоэнергичных космических лучей состоит из водорода, а какая — из более тяжелых атомов. Понимание состава может дать важные ключи к разгадке их происхождения.

«Наше исследование возобновляет связи между физикой элементарных частиц и астрофизикой высоких энергий. Эти области во многом пересекаются и имеют общую историю, но остаются отдельными дисциплинами, и им есть чему поучиться друг у друга», — подытожил физик.