大型強子對撞機準(zhǔn)備探測宇宙射線陣雨的誕生

宇宙射線是來自外太空的粒子，通常是質(zhì)子，幾乎以光速傳播。當(dāng)這些粒子中能量最高的粒子撞擊我們的行星大氣時，它們與大氣中的原子核相互作用，并產(chǎn)生級聯(lián)的次級粒子，這些粒子直射到地球的表面。眾所周知，這些大型淋浴器類似于粒子碰撞器(例如CERN的大型強子對撞機(LHC))內(nèi)部碰撞時產(chǎn)生的粒子級聯(lián)。在2021年開始的下一個大型強子對撞機中，最小的大型強子對撞機實驗(大型強子對撞機實驗)被設(shè)置為探測觸發(fā)這些宇宙陣雨的第一個相互作用。

通常使用計算機模擬來解釋對大范圍風(fēng)淋的觀察，該模擬涉及宇宙射線如何與大氣中的原子核相互作用的模型。但是存在不同的模型，尚不清楚哪種模型最合適。大型強子對撞機實驗非常適合測試這些模型，并有助于闡明宇宙射線之間的相互作用。

與主要的LHC實驗不同，后者測量從碰撞線以大角度發(fā)射的粒子，而LHCf實驗則測量沿“向前”方向(即從碰撞線以小角度)飛出的粒子。這些帶有很大一部分碰撞能量的粒子可用于探測不同模型的預(yù)測不匹配的小角度和高能量。

利用來自質(zhì)子-質(zhì)子LHC碰撞的能量為13 TeV的數(shù)據(jù)，LHCf最近測量了在以前未經(jīng)探索的高能條件下，正向光子和中子的數(shù)量如何隨粒子能量而變化。這些測量值與某些型號比其他型號更好地吻合，并且廣泛的空氣淋浴的建模者也將這些因素考慮在內(nèi)。

在下一個LHC運行中，由于計劃的更高的碰撞能量，LHCf應(yīng)該擴大探測到的粒子能量的范圍。另外，由于正在進行的升級工作，該實驗還應(yīng)增加被檢測和研究的顆粒的數(shù)量和類型。

此外，該實驗計劃測量質(zhì)子與輕離子(最可能是氧離子)的碰撞所發(fā)射的正向粒子。引發(fā)大氣中大量空氣淋洗的最初相互作用主要涉及輕原子核，例如氧和氮。因此，LHCf可以在下一次運行中探測這種相互作用，從而在高能量的宇宙射線相互作用模型上嶄露頭角。