Un equipo internacional de físicos ha desarrollado un enfoque pionero para el uso de rayos cósmicos de energía ultra alta (UHECR), las partículas de mayor energía en la naturaleza desde el Big Bang, para estudiar las interacciones de las partículas más allá del alcance de los aceleradores artificiales. La obra, esbozado en la revista Cartas de revisión física , hace uso de las mediciones de UHECR del Observatorio Pierre Auger (PAO) en Argentina, que ha estado registrando datos UHECR durante aproximadamente una década.

El estudio también puede apuntar a la aparición de algunos nuevos Fenómeno físico aún no entendido en un orden de magnitud de energía superior a la que se puede acceder con el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), donde se descubrió la partícula de Higgs.

El origen de los UHECR sigue siendo un misterio, a pesar de décadas de trabajo encaminadas a descubrir sus fuentes. Sin embargo, incluso antes de que se identifiquen las fuentes de las UHECR, las lluvias de partículas que crean en la atmósfera de la Tierra se pueden utilizar para explorar la física fundamental.

Los rayos cósmicos son núcleos atómicos. Cuando chocan con partículas de aire, se crean cientos de partículas adicionales, que luego interactúan para producir una cascada de partículas en la atmósfera. Los telescopios PAO miden cómo se desarrolla la lluvia a medida que viaja a través de la atmósfera, y los detectores de superficie PAO miden el contenido de partículas de la ducha en el suelo. La dificultad de usar duchas de aire UHECR para estudiar la física de partículas, hasta ahora, provino de la incertidumbre en la energía de un rayo individual y sin saber exactamente qué núcleo es.

El profesor de física de la Universidad de Nueva York Glennys Farrar y Jeff Allen, su estudiante de posgrado e investigadora postdoctoral en el momento del estudio, evitó esto utilizando la atmósfera de forma similar a la forma en que se emplea un detector de partículas en experimentos de laboratorio. Para el Cartas de revisión física estudio, compararon los datos de PAO para 441 duchas UHECR, con duchas simuladas por computadora basadas en modelos de física de partículas derivados de experimentos con energías de acelerador.

"Los modelos de física de partículas de última generación subestiman seriamente un componente clave de estas duchas UHECR, "explica Farrar." Esto puede apuntar a la aparición de procesos físicos imprevistos con una energía superior a la del LHC. Estudios futuros, y actualizaciones planificadas del PAO, debería revelar qué produce la señal extra, proporcionando una ventana a la física de partículas mucho más allá del alcance de los aceleradores ".