Aproximadamente una vez al año, el experimento más pequeño del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), LHC hacia adelante (LHCf), se saca de su almacenamiento dedicado en el sitio cerca del experimento ATLAS, reinstalado en el túnel del LHC, y poner en práctica la investigación de rayos cósmicos de alta energía.

Considerando que ATLAS y los otros tres experimentos principales del LHC - CMS, ALICE y LHCb:estudian todas las partículas producidas en colisiones sin importar en qué dirección vuelen, LHCf mide los escombros arrojados en la dirección "muy hacia adelante".

Estas partículas delanteras transportan una gran cantidad de energía de colisión, y apenas cambian sus trayectorias desde la dirección del haz de colisión inicial. Esto los hace ideales para comprender el desarrollo de las lluvias de partículas que se producen cuando los rayos cósmicos de alta energía inciden en la atmósfera.

"La idea detrás del experimento LHCf es ayudar a incrementar nuestro aprendizaje sobre la naturaleza de los rayos cósmicos de alta energía, midiendo e interpretando las propiedades de las partículas secundarias liberadas cuando estos rayos cósmicos chocan con la atmósfera de la Tierra, "explica Lorenzo Bonechi, que dirige un equipo para la colaboración LHCf en Florencia, Italia.

Los dos detectores del experimento están instalados a 140 metros a cada lado del punto de colisión ATLAS. No son adecuados para su uso durante las operaciones normales del LHC, por lo que hay que esperar a que la máquina funcione con muy pocas colisiones, lo que corresponde a una baja luminosidad. Si la luminosidad es demasiado alta, el mayor número de adelante, Las partículas de alta energía pueden calentar el detector y causar daños permanentes.

LHCf se ha reinstalado cerca del detector ATLAS varias veces. Este año, el experimento solo instaló un detector, que está tomando datos durante la ejecución de iones pesados ​​de este mes, donde el LHC choca protones con iones de plomo. La naturaleza asimétrica de las colisiones significa que un detector sería bombardeado con los restos de los núcleos de plomo y podría dañarse.

La cantidad de escombros que se arrojan en la dirección de avance durante las colisiones en el LHC y la energía transportada por estas partículas se pueden comparar con las predicciones de los modelos de interacción hadrónica, modelos de física sofisticados que describen colisiones entre protones y núcleos y la lista de partículas producidas. en estas interacciones.

"En ejecuciones anteriores, hemos encontrado discrepancias significativas entre nuestros datos y los modelos de interacción hadrónica más avanzados, que se utilizan para modelar cómo los rayos cósmicos caen sobre la tierra cuando interactúan con nuestra atmósfera. LHCf está tratando de encontrar evidencia que pueda ayudar a probar cuál de estos modelos proporciona la descripción más confiable. Ahora, los científicos que trabajan en este campo están haciendo un esfuerzo para integrar nuestros resultados en sus modelos, y podríamos ver una revolución en ellos en un futuro cercano, "dice Bonechi.

La carrera con iones y protones de plomo comenzó el 10 de noviembre de 2016 con colisiones de baja intensidad y baja energía (5,02 TeV) específicamente para que el detector ALICE tomara medidas. Pero ahora ha aumentado hasta colisionar los rayos a 8.16 TeV, y LHCf ya ha recolectado varios millones de partículas y continuará tomando datos en los próximos días.