Uno dei rivelatori LHCf. Credito:CERN
LHCf ha completato il suo primo periodo di acquisizione dati durante LHC Run 3, sfruttando l'energia di collisione record di 13,6 TeV. Ciò coincide con il tempo record di riempimento della macchina di 57 ore.
Milioni di raggi cosmici bombardano l'atmosfera terrestre ogni secondo. Si tratta di particelle naturali provenienti dallo spazio esterno, estremamente difficili da rilevare e misurare. Quando entrano in collisione con i nuclei nell'alta atmosfera, questi cosiddetti raggi cosmici primari producono piogge di raggi cosmici secondari che raggiungono il suolo.
L'esperimento Large Hadron Collider forward (LHCf), uno dei più piccoli esperimenti di LHC, è stato istituito per studiare a fondo queste particelle sfuggenti quando è iniziata l'operazione di LHC. Questa settimana ha ripreso i suoi studi sulle proprietà dei raggi cosmici, in cinque giorni di raccolta dati, dopo il completamento degli aggiornamenti del rivelatore durante il secondo lungo arresto della macchina.
"Quando la prima pagina di LHC ha mostrato che l'LHC era stato riempito per l'acquisizione dei dati di LHCf, siamo rimasti molto entusiasti", afferma Oscar Adriani, vice portavoce di LHCf.
Questa è la prima corsa di dati di LHCf all'energia di collisione record di LHC di 13,6 TeV. La corsa ha anche coinciso con il tempo record in cui l'LHC è stato in grado di mantenere il pieno senza riavviare, ovvero un periodo totale di 57 ore. L'esecuzione più a lungo significa periodi di acquisizione dei dati più efficienti per gli esperimenti.
I raggi cosmici primari possono avere energie molto elevate, superiori a 1017 eV, simili a quelle delle collisioni ad alta energia prodotte nell'LHC. Situato a 140 m dal punto di collisione ATLAS dell'LHC e misurando solo 20 cm per 40 cm per 10 cm, LHCf analizza le particelle neutre che sono state lanciate in avanti dalle collisioni, imitando la produzione di raggi cosmici secondari nell'atmosfera terrestre. L'esperimento è in grado di analizzare le particelle neutre perché non vengono deviate dal forte campo magnetico dell'LHC e può misurarne le proprietà con una precisione estremamente elevata.
È probabile che questa corsa di cinque giorni sia l'ultima corsa LHCf che coinvolge le collisioni protone-protone, perché nel prossimo periodo di raccolta dati della corsa 3 la collaborazione spera di studiare le collisioni protone-ossigeno che emulino meglio l'interazione dei raggi cosmici primari con il L'atmosfera terrestre.
Con l'energia più alta e le statistiche più elevate fornite da Run 3, LHCf è particolarmente attento alle particelle chiamate kaoni neutri e mesoni eta neutri. Questi sono costituiti da un quark e una coppia di antiquark, incluso uno strano quark. "I modelli che prevedono l'interazione con l'atmosfera prevedono un certo numero di muoni secondari, ma c'è una discrepanza tra il numero atteso e quello rilevato di muoni", spiega Adriani. "Misurando lo strano componente prodotto all'LHC, potremmo essere in grado di risolvere questo puzzle di muoni."
L'LHC, con la sua alta energia e l'ambiente controllato, fornisce il luogo perfetto per simulare e studiare le interazioni adroniche dei raggi cosmici. "I raggi cosmici ad alta energia sono ancora un mistero. Sono molto difficili da misurare. Hai bisogno di enormi rivelatori e non puoi eseguire misurazioni dirette mentre sono in orbita perché il flusso è troppo piccolo", continua Adriani. "Quindi, LHCf è davvero l'unico esperimento al mondo che può far luce su queste interazioni a un'energia molto, molto alta. Questo è un elemento critico per i fisici dei raggi cosmici". + Esplora ulteriormente
