Международная группа физиков с помощью Большого адронного коллайдера CERN воспроизвела столкновения космических лучей высокой энергии с газами земной атмосферы. Результаты эксперимента опубликованы в журнале Physical Review Letters. Исследование помогает точнее понять происхождение частиц, приходящих из космоса.
Северное сияние возникает, когда частицы Солнца проникают в атмосферу Земли и сталкиваются с ее газами. Однако процессы, связанные с космическими лучами высокой энергии, изучены значительно хуже. Такие частицы могут обладать энергией более чем в миллион раз выше, чем частицы солнечного происхождения, и образуются при взрывах звезд — сверхновых.
Ранее ученые в основном использовали компьютерное моделирование, но разные расчеты нередко давали противоречивые результаты. Поэтому исследователи из Нью-Йоркского университета, Берлинского университета имени Гумбольдта и исследовательского центра DESY в Гамбурге решили провести эксперимент в лабораторных условиях. Для этого они задействовали LHC — крупнейшую установку для изучения физики частиц, расположенную неподалеку от Женевы.
Впервые в коллайдер направили пучки кислорода и столкнули их с пучками протонов. Протоны имитировали космические лучи, возникающие при взрывах сверхновых, а кислород выбрали из-за его ключевой роли в составе земной атмосферы. Получившийся эксперимент стал первым в мире измерением космических ливней, воссозданных в контролируемых лабораторных условиях.
За последствиями столкновений наблюдали с помощью камеры разрешением 100 миллионов пикселей. Она фиксировала события, происходившие до 40 миллионов раз в секунду, и позволила получить миллионы детальных изображений. Устройство, работающее в рамках сотрудничества ATLAS в CERN, измерило количество, энергию и углы разлета частиц, образовавшихся при взаимодействии протонов с кислородом.
«Теперь мы лучше понимаем, как частицы от более экзотических объектов, чем Солнце, взаимодействуют с нашей атмосферой», — заявил руководитель исследования, доцент физики Нью-Йоркского университета Джесси Лю. Физик Берлинского университета имени Гумбольдта Чигдем Иссевер отметила, что полученные данные уникальны и показали значительную неточность прежних моделей. Как сообщает Нью-Йоркский университет, новые результаты должны помочь ученым глубже изучить природу космических частиц, падающих на Землю.