На Большом адронном коллайдере воспроизвели рождение атмосферных ливней

Космические лучи — это быстрые атомные ядра, которые прилетают из космоса и врезаются в атмосферу. В столкновении рождаются новые частицы, которые сами сталкиваются с другими атомами и порождают следующие. Так возникает целый каскад вторичных частиц, он же «атмосферный ливень». Часть из них долетает до поверхности Земли, и ученые регистрируют эти «ливни» наземными установками.

Но восстановить по ним свойства исходной частицы непросто. Для этого используют компьютерные модели, а они по-разному предсказывают, сколько частиц должно возникать в атмосфере и как распределится их энергия.

Чтобы проверить расчеты, физики CERN в июле 2025 года впервые провели столкновения протонов с ядрами кислорода на Большом адронном коллайдере. Протон имитировал частицу космического луча, а ядро кислорода — атом атмосферы, с которым она сталкивается над Землей. При столкновении энергия превращалась в поток новых частиц, похожий на самое начало атмосферного ливня.

События записывал детектор ATLAS. Исследователи измерили число рождавшихся заряженных частиц и их энергии. По словам авторов, точность этих измерений оказалась более чем в десять раз выше, чем у предсказаний существующих компьютерных моделей.

Новые данные можно использовать для проверки этих моделей и более точного восстановления состава космических лучей. В частности, ученые хотят понять, какая доля частиц сверхвысоких энергий приходится на протоны, а какая — на более тяжелые ядра. Это, в свою очередь, поможет сузить круг источников, способных разгонять частицы до таких энергий.

О том, чем еще занимаются ученые в ЦЕРН — например, как там создают и удерживают антиматерию, — рассказали в этом материале.

Иллюстрация Jesse Liu