LHC se stalo laboratoří pro kosmické záření: Experiment ATLAS poprvé simuloval srážky protonů s kyslíkem

Vědci z experimentu ATLAS v CERNu provedli historicky první měření srážek protonů s kyslíkovými ionty v urychlovači LHC.

Vědci z experimentu ATLAS v CERNu provedli historicky první měření srážek protonů s kyslíkovými ionty v urychlovači LHC. Tento průlom, popsaný v nedávno zveřejněném článku, otevírá nové možnosti pro hlubší pochopení kosmického záření, které neustále bombarduje zemskou atmosféru.

Kosmické záření, objevené před více než stoletím fyzikem Victorem Hessem, je stále obestřeno mnoha záhadami. Astrofyzici dnes používají pozemní detektory k zobrazování spršek částic vznikajících při dopadu kosmického záření na atmosféru a počítačové simulace k interpretaci těchto dat. Problémem však je, že tyto simulace závisí na vlastnostech silné interakce, jedné ze základních sil vesmíru, kterou je obtížné přesně modelovat. Současné simulace se navzájem liší, což ztěžuje astrofyzikům interpretaci jejich měření.

S cílem vylepšit tyto simulace byl urychlovač LHC v červenci 2025 nakonfigurován tak, aby poprvé srážel protony s kyslíkovými ionty. Tímto způsobem mohli fyzici studovat „znovu vytvořené“ srážky kosmického záření v mnohem větším detailu. Svazek protonů zde fungoval jako kosmické záření, zatímco svazek kyslíkových iontů hrál roli zemské atmosféry, která se skládá převážně z dusíku a kyslíku.

Fyzici z ATLASu analyzovali tyto srážky měřením stop, které zanechaly elektricky nabité částice v experimentu. Změřili klíčové vlastnosti srážky, včetně toho, jak často byly částice vytvářeny, kolik jich vzniklo a s jakými energiemi a úhly vylétaly. Naměřená rozložení nabitých částic pak porovnali s čísly předpovězenými různými simulacemi, které se obvykle používají k interpretaci dat z observatoří kosmického záření. Tyto simulace, kalibrované na reprodukci dat z předchozích srážek protonů s těžšími jádry, se navzájem neshodují.

Nová měření experimentu ATLAS dosahují úrovně přesnosti několika procent, což výrazně zlepšuje naše znalosti o srážkách protonů s kyslíkem. Teoretici nyní mohou tyto vstupní údaje využít k upřesnění svých modelů a pomoci tak objasnit záhadné vysokoenergetické částice přilétající z našeho kosmu. Tento pokrok představuje významný krok vpřed v našem úsilí rozluštit tajemství vesmíru a jeho základních sil.