Физики впервые в лабораторных условиях воспроизвели космические ливни, возникающие при попадании высокоэнергетических космических лучей в атмосферу Земли. Для этого международная команда исследователей использовала Большой адронный коллайдер (БАК) CERN, расположенный недалеко от Женевы. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Космические лучи от взрывающихся звёзд, или сверхновых, могут обладать энергией, более чем в миллион раз превышающей энергию частиц, приходящих от Солнца. При столкновении с газами атмосферы они порождают каскады новых частиц, однако особенности таких процессов до сих пор в основном оценивали с помощью компьютерных моделей. Эти расчёты давали разные, а иногда и противоречивые результаты.
Исследователи сосредоточились на кислороде, который играет ключевую роль в составе земной атмосферы. В БАК впервые направили пучки кислорода навстречу пучкам протонов, созданным самим ускорителем. Протоны в эксперименте имитировали космические лучи, возникающие при взрывах сверхновых.
Последствия столкновений фиксировала камера со 100 миллионами пикселей. Она могла регистрировать происходящее до 40 миллионов раз в секунду, что позволило получить миллионы детальных изображений. Устройство, работающее в составе коллаборации ATLAS, измеряло количество, энергию и углы вылета частиц, образовавшихся при взаимодействии протонов с кислородом.
«Теперь мы лучше понимаем, как частицы от объектов, более экзотических, чем Солнце, взаимодействуют с нашей атмосферой», — заявил руководитель исследования Джесси Лю, доцент физики Нью-Йоркского университета. По его словам, изучение высокоэнергетических космических столкновений помогает приблизиться к разгадке многих тайн Вселенной.
Физик Берлинского университета имени Гумбольдта и соавтор работы Чигдем Иссевер назвала опубликованные результаты особенными, поскольку полученные данные уникальны. «В наших измерениях мы смогли показать, что прежние модели этого типа взаимодействия на самом деле очень неточны», — сказала она. Об исследовании сообщается на сайте Нью-Йоркского университета.