Ongeveer één keer per jaar, het kleinste Large Hadron Collider (LHC) experiment, LHC-vooruit (LHCf), wordt uit zijn speciale opslag op de site in de buurt van het ATLAS-experiment gehaald, opnieuw geïnstalleerd in de LHC-tunnel, en gebruikt om hoogenergetische kosmische straling te onderzoeken.

Terwijl ATLAS en de drie andere belangrijkste LHC-experimenten – CMS, ALICE en LHCb - bestuderen alle deeltjes die bij botsingen ontstaan, ongeacht in welke richting ze uitvliegen, LHCf meet het puin dat in de 'zeer voorwaartse' richting wordt gegooid.

Deze voorwaartse deeltjes dragen een groot deel van de botsingsenergie, en nauwelijks hun baan veranderen vanuit de richting van de aanvankelijke botsende straal. Dit maakt ze ideaal voor het begrijpen van de ontwikkeling van deeltjesregens die worden geproduceerd wanneer hoogenergetische kosmische straling de atmosfeer raakt.

"Het idee achter het LHCf-experiment is om ons te helpen meer te leren over de aard van hoogenergetische kosmische straling, door de eigenschappen van de secundaire deeltjes te meten en te interpreteren die vrijkomen wanneer deze kosmische straling in botsing komt met de atmosfeer van de aarde, " legt Lorenzo Bonechi uit, die een team leidt voor de LHCf-samenwerking in Florence, Italië.

De twee detectoren van het experiment zijn 140 meter aan weerszijden van het ATLAS-botsingspunt geïnstalleerd. Ze zijn niet geschikt voor gebruik tijdens normale LHC-operaties, en dus moeten wachten tot de machine draait met zeer weinig botsingen -wat overeenkomt met een lage helderheid. Als de lichtsterkte te hoog is, het grotere aantal naar voren, hoogenergetische deeltjes kunnen de detector verhitten en blijvende schade veroorzaken.

LHCf is meerdere keren opnieuw geïnstalleerd in de buurt van de ATLAS-detector. Dit jaar, het experiment installeerde slechts één detector, die gegevens verzamelt tijdens de zware ionenrun van deze maand, waar de LHC protonen botst met loodionen. De asymmetrische aard van de botsingen betekent dat één detector zou worden gebombardeerd met de overblijfselen van de loden kernen en zou kunnen worden beschadigd.

De hoeveelheid puin die tijdens botsingen in de LHC naar voren wordt gegooid en de energie die door deze deeltjes wordt gedragen, kan worden vergeleken met de voorspellingen van hadronische interactiemodellen - geavanceerde natuurkundige modellen die botsingen tussen protonen en kernen beschrijven en de lijst van geproduceerde deeltjes in deze interacties.

"Tijdens eerdere runs hebben we significante discrepanties gevonden tussen onze gegevens en de meest geavanceerde hadronische interactiemodellen, die worden gebruikt om te modelleren hoe kosmische straling op de aarde neerkomt wanneer ze in wisselwerking staan ​​met onze atmosfeer. LHCf probeert bewijs te vinden dat kan helpen bewijzen welke van deze modellen de meest betrouwbare beschrijving geeft. Nutsvoorzieningen, wetenschappers die op dit gebied werken, spannen zich in om onze resultaten in hun modellen te integreren, en we zouden in de nabije toekomst een revolutie in hen kunnen zien, ' zegt Bonechi.

De run met loodionen en protonen begon op 10 november 2016 met botsingen van lage intensiteit en lage energie (5,02 TeV), speciaal voor de ALICE-detector om metingen uit te voeren. Maar nu is het opgevoerd om de balken te laten botsen bij 8,16 TeV, en LHCf heeft al enkele miljoenen deeltjes verzameld en zal de komende dagen doorgaan met het verzamelen van gegevens.