CERN gjenskaper kosmiske stråler i laboratoriet for første gang

Fysikere ved CERNs Large Hadron Collider har for første gang utført laboratoriemålinger av kollisjoner mellom kosmiske stråler og atmosfæriske gasser, noe som gir et nytt innblikk i partikkelregnet som konstant bombarderer jorden. Resultatene, publisert i Physical Review Letters, er en størrelsesorden mer presise enn eksisterende datamodeller og kan endre hvordan forskere studerer universets mest energirike hendelser.journals.aps+1

Gjenoppbygger kosmiske regnskyll i laboratoriet

Den 1. juli 2025 introduserte forskere ved CERN oksygenstråler i Large Hadron Collider for første gang og lot dem kollidere med protoner ved en massesenterenergi på 9,62 TeV. Protonstrålen fungerte som en erstatning for kosmiske stråler, hurtiggående kjerner, hovedsakelig hydrogen, som strømmer gjennom universet fra eksploderende stjerner og supermassive sorte hull, mens oksygenstrålen representerte jordens atmosfære. Kollisjonene gjenskapte de første øyeblikkene av det forskere kaller kosmiske regnskyll, kaskadene av partikler som utløses når kosmiske stråler treffer atmosfæriske atomer.phys+1

ATLAS-eksperimentet, en detektor på størrelse med en fotballbane bemannet av tusenvis av forskere, fanget millioner av nærbilder av partikkelstrålene ved hjelp av et kamera med 100 millioner piksler som kan registrere opptil 40 millioner kollisjoner per sekund. Forskerne analyserte 246 millioner utvalgte hendelser for å måle antall, energi og vinkler på partiklene som ble produsert, og oppnådde en presisjon som er mer enn ti ganger høyere enn forskjellene mellom konkurrerende hadroniske interaksjonsmodeller.arxiv+1

Brobygging mellom partikkelfysikk og astrofysikk

Studien ble ledet av fysikeren Jesse Liu, nå ved New York University, som brukte år på å samarbeide med fysikeren Lydia Beresford for å argumentere for å rekonfigurere eksisterende CERN-instrumenter for å studere kosmiske stråler. Ifølge en pressemelding fra NYU bidrar resultatene til å tyde opprinnelsen til interstellare partikler fra kosmos og representerer de første målingene av kosmiske regnskyll gjenskapt under kontrollerte laboratorieforhold.phys+1

Målingene inkluderer et fidusialt proton-oksygen-tverrsnitt og et ekstrapolert uelastisk proton-luft-tverrsnitt, data som vil hjelpe forskere med å bestemme sammensetningen av høyenergetiske kosmiske stråler, spesifikt hvor mange som er hydrogenkjerner kontra tyngre atomer. Å forstå denne sammensetningen kan gi ledetråder om hvor kosmiske stråler stammer fra og hvordan de når ekstreme energinivåer, spørsmål som har vedvart siden Victor Hess først oppdaget kosmiske stråler fra en varmluftsballong for mer enn et århundre siden.arxiv+1

Hva skjer videre

Studien fornyer båndene mellom partikkelfysikk og høyenergi-astrofysikk, to felt med delt historie, men begrenset samarbeid. Som ATLAS bemerket i en offisiell orientering, etablerer resultatene en ny måte å bruke LHC som et laboratorium for kosmiske stråler, noe som åpner veien for detaljerte eksperimentelle studier av proton-oksygen-interaksjoner. Disse forbedrede modellene vil være verdifulle for store observatorier for kosmiske stråler som Telescope Array-prosjektet i Utah, som i dag er avhengige av simuleringer som er uenige med hverandre for å tolke data fra de mest energirike partiklene som ankommer fra kosmos.atlas-public.cern+1