El CERN recrea por primera vez lluvias de rayos cósmicos en el laboratorio

Físicos que trabajan con el Gran Colisionador de Hadrones del CERN han producido las primeras mediciones de laboratorio de colisiones de rayos cósmicos con gases atmosféricos, ofreciendo una nueva ventana a las lluvias de partículas que bombardean constantemente la Tierra. Los resultados, publicados en Physical Review Letters, son un orden de magnitud más precisos que los modelos informáticos actuales y podrían transformar la forma en que los científicos estudian los eventos de mayor energía en el universo.journals.aps+1

Recreando tormentas cósmicas en el laboratorio

El 1 de julio de 2025, científicos del CERN introdujeron haces de oxígeno en el Gran Colisionador de Hadrones por primera vez y los hicieron colisionar con protones a una energía en el centro de masa de 9.62 TeV. El haz de protones actuó como sustituto de los rayos cósmicos, núcleos de movimiento rápido, principalmente hidrógeno, que fluyen a través del universo desde estrellas en explosión y agujeros negros supermasivos, mientras que el haz de oxígeno representó la atmósfera terrestre. Las colisiones recrearon los primeros momentos de lo que los investigadores llaman "tormentas cósmicas", las cascadas de partículas provocadas cuando los rayos cósmicos golpean los átomos atmosféricos.phys+1

El experimento ATLAS, un detector del tamaño de un campo de fútbol con miles de científicos, capturó millones de imágenes detalladas de las pulverizaciones de partículas resultantes utilizando una cámara de 100 millones de píxeles capaz de registrar hasta 40 millones de colisiones por segundo. Los investigadores analizaron 246 millones de eventos seleccionados para medir el número, las energías y los ángulos de las partículas producidas, logrando una precisión diez veces mayor que las diferencias entre los modelos de interacción hadrónica en competencia.arxiv+1

Uniendo la física de partículas y la astrofísica

El estudio fue dirigido por el físico Jesse Liu, ahora en la Universidad de Nueva York, quien pasó años colaborando con la física Lydia Beresford para defender la reconfiguración de los instrumentos existentes del CERN para estudiar los rayos cósmicos. Según un comunicado de prensa de la NYU, los resultados "ayudan a descifrar los orígenes de las partículas interestelares del cosmos" y representan las primeras mediciones de tormentas cósmicas recreadas en condiciones de laboratorio controladas.phys+1

Las mediciones incluyen una sección eficaz fiducial protón-oxígeno y una sección eficaz inelástica protón-aire extrapolada, datos que ayudarán a los científicos a determinar la composición de los rayos cósmicos de alta energía, específicamente, cuántos son núcleos de hidrógeno frente a átomos más pesados. Comprender esa composición podría proporcionar pistas sobre dónde se originan los rayos cósmicos y cómo alcanzan energías extremas, preguntas que han persistido desde que Victor Hess descubrió los rayos cósmicos desde un globo aerostático hace más de un siglo.arxiv+1

¿Qué sigue?

El estudio renueva los vínculos entre la física de partículas y la astrofísica de altas energías, dos campos con una historia compartida pero una colaboración limitada. Como señaló ATLAS en un informe oficial, los resultados "establecen una forma novedosa de utilizar el LHC como un laboratorio de rayos cósmicos, abriendo el camino para estudios experimentales detallados de las interacciones protón-oxígeno". Esos modelos mejorados serán valiosos para los observatorios de rayos cósmicos a gran escala como el proyecto Telescope Array en Utah, que actualmente dependen de simulaciones que discrepan entre sí para interpretar los datos de las partículas de mayor energía que llegan del cosmos.atlas-public.cern+1