LHCf completó su primer período de toma de datos durante LHC Run 3, aprovechando el récord de energía de colisión de 13,6 TeV. Esto coincide con el tiempo récord de llenado de la máquina de 57 horas.

Millones de rayos cósmicos bombardean la atmósfera terrestre cada segundo. Estas son partículas naturales del espacio exterior, que son extremadamente difíciles de detectar y medir. Cuando chocan con núcleos en la atmósfera superior, estos llamados rayos cósmicos primarios producen lluvias de rayos cósmicos secundarios que llegan al suelo.

El experimento del Gran Colisionador de Hadrones hacia adelante (LHCf), uno de los experimentos más pequeños del LHC, se creó para investigar a fondo estas escurridizas partículas cuando comenzó la operación del LHC. Esta semana, reanudó sus estudios de las propiedades de los rayos cósmicos, en un ciclo de toma de datos de cinco días, luego de completar las actualizaciones del detector durante el segundo apagado prolongado de la máquina.

"Cuando la página uno del LHC mostró que el LHC se estaba llenando para la toma de datos del LHCf, nos emocionamos mucho", dice Oscar Adriani, vocero adjunto del LHCf.

Esta es la primera ejecución de toma de datos del LHCf con la energía de colisión récord del LHC de 13,6 TeV. La carrera también coincidió con el tiempo récord que el LHC ha podido mantener lleno sin reiniciar, es decir, un período total de 57 horas. Ejecutar durante más tiempo significa períodos más eficientes de toma de datos para los experimentos.

Los rayos cósmicos primarios pueden tener energías muy altas, por encima de 1017 eV, similares a las de las colisiones de alta energía que se producen en el LHC. Ubicado a 140 m del punto de colisión ATLAS del LHC y con unas medidas de solo 20 cm por 40 cm por 10 cm, el LHCf analiza las partículas neutras que han sido lanzadas hacia adelante por las colisiones, imitando la producción de rayos cósmicos secundarios en la atmósfera terrestre. El experimento puede analizar partículas neutras porque no son desviadas por el fuerte campo magnético del LHC y puede medir sus propiedades con una precisión extremadamente alta.

Es probable que esta prueba de cinco días sea la prueba final del LHCf que involucre colisiones protón-protón, porque en el próximo período de toma de datos de la Prueba 3, la colaboración espera estudiar las colisiones protón-oxígeno que emulen mejor la interacción de los rayos cósmicos primarios con el la atmósfera de la Tierra.

Con la energía más alta y las estadísticas más altas que proporciona Run 3, LHCf busca particularmente partículas llamadas kaones neutros y mesones eta neutros. Estos están formados por un par de quarks y antiquarks, incluido un quark extraño. "Los modelos que predicen la interacción con la atmósfera predicen una cierta cantidad de muones secundarios, pero hay una falta de coincidencia entre la cantidad de muones esperada y la detectada", explica Adriani. "Mediante la medición del extraño componente producido en el LHC, es posible que podamos resolver este rompecabezas de muones".

El LHC, con su alta energía y su entorno controlado, proporciona el lugar perfecto para simular y estudiar las interacciones hadrónicas de los rayos cósmicos. “Los rayos cósmicos de alta energía siguen siendo un misterio. Son muy difíciles de medir. Se necesitan detectores enormes y no se pueden realizar mediciones directas mientras están en órbita porque el flujo es demasiado pequeño”, continúa Adriani. "Entonces, LHCf es realmente el único experimento en el mundo que puede arrojar algo de luz sobre estas interacciones a muy, muy alta energía. Este es un elemento crítico para los físicos de rayos cósmicos". + Explora más

LHCf se prepara para investigar el nacimiento de lluvias de rayos cósmicos