ATLAS впервые воссоздал столкновения космических лучей с атмосферой в лаборатории

Эксперимент на Большом адронном коллайдере позволил измерить столкновения протонов с ионами кислорода, что поможет точнее моделировать ливни космических лучей и понять природу высокоэнергичных частиц из космоса

Космические лучи — высокоэнергичные частицы, которые постоянно бомбардируют атмосферу Земли, вызывая каскады вторичных частиц. Несмотря на столетие исследований, их происхождение и свойства до сих пор остаются загадкой, во многом из-за ограничений компьютерных моделей, используемых для интерпретации данных наземных обсерваторий.

В июле 2025 года на Большом адронном коллайдере (LHC) впервые были проведены столкновения протонов с ионами кислорода. В этом эксперименте пучок протонов имитировал космический луч, а пучок кислорода — атмосферу Земли. Такой подход позволил в лабораторных условиях воспроизвести ключевые процессы, происходящие при попадании космических лучей в атмосферу.

Физики ATLAS проанализировали траектории заряженных частиц, образующихся в результате столкновений, и измерили основные параметры: частоту появления частиц, их количество, энергии и углы вылета. Полученные распределения сравнили с результатами различных симуляций, которые обычно применяются для анализа данных космических обсерваторий.

Оказалось, что существующие симуляции, основанные на данных о столкновениях протонов с более тяжёлыми ядрами, существенно расходятся между собой. Новые измерения достигли точности в несколько процентов, что значительно повышает качество знаний о столкновениях протон–кислород и даёт теоретикам возможность скорректировать модели.

Эти результаты позволят точнее моделировать ливни космических лучей, что важно для понимания природы высокоэнергичных частиц, приходящих из космоса, и для интерпретации данных современных астрофизических экспериментов.