LHCf heeft zijn eerste gegevensverzamelingsperiode voltooid tijdens LHC Run 3, gebruikmakend van de recordbotsingsenergie van 13,6 TeV. Dit valt samen met de recordvultijd van de machine van 57 uur.

Elke seconde bombarderen miljoenen kosmische stralen de atmosfeer van de aarde. Dit zijn natuurlijk voorkomende deeltjes uit de ruimte, die uiterst moeilijk te detecteren en te meten zijn. Wanneer ze botsen met kernen in de bovenste atmosfeer, produceren deze zogenaamde primaire kosmische stralen buien van secundaire kosmische straling die de grond bereiken.

Het Large Hadron Collider forward (LHCf) experiment, een van de kleinste van de LHC-experimenten, werd opgezet om deze ongrijpbare deeltjes grondig te onderzoeken toen de LHC-operatie voor het eerst begon. Deze week hervatte het zijn onderzoek naar de eigenschappen van kosmische straling, in een vijfdaagse datarun, nadat de upgrades van de detector waren voltooid tijdens de tweede lange uitschakeling van de machine.

"Toen pagina één van de LHC liet zien dat de LHC werd gevuld voor het nemen van LHCf-gegevens, waren we erg enthousiast", zegt Oscar Adriani, plaatsvervangend woordvoerder van LHCf.

Dit is de eerste datarun van de LHCf bij de recordbotsingsenergie van de LHC van 13,6 TeV. De run viel ook samen met de recordtijd dat de LHC een vulling heeft kunnen houden zonder opnieuw te starten, namelijk een totale periode van 57 uur. Langer rennen betekent efficiëntere perioden van gegevensverzameling voor de experimenten.

Primaire kosmische straling kan zeer hoge energieën hebben - meer dan 1017 eV - vergelijkbaar met die van de hoogenergetische botsingen die in de LHC worden geproduceerd. Gelegen op 140 m van het ATLAS-botsingspunt van de LHC en met afmetingen van slechts 20 cm bij 40 cm bij 10 cm, analyseert LHCf neutrale deeltjes die naar voren zijn geslingerd door botsingen, waarbij de productie van secundaire kosmische straling in de atmosfeer van de aarde wordt nagebootst. Het experiment is in staat neutrale deeltjes te analyseren omdat ze niet worden afgebogen door het sterke magnetische veld van de LHC, en kan hun eigenschappen met extreem hoge precisie meten.

Deze vijfdaagse run is waarschijnlijk de laatste LHCf-run met proton-protonbotsingen, omdat de samenwerking in de volgende periode van gegevensverzameling van Run 3 hoopt proton-zuurstofbotsingen te bestuderen die de interactie van primaire kosmische straling met de De atmosfeer van de aarde.

Met de hogere energie en hogere statistieken die Run 3 biedt, is LHCf vooral op zoek naar deeltjes die neutrale kaonen en neutrale eta-mesonen worden genoemd. Deze bestaan ​​uit een quark en een antiquark-paar, inclusief een vreemde quark. "De modellen die interactie met de atmosfeer voorspellen, voorspellen een bepaald aantal secundaire muonen, maar er is een mismatch tussen het verwachte en het gedetecteerde aantal muonen", legt Adriani uit. "Door de vreemde component te meten die bij de LHC wordt geproduceerd, kunnen we deze muon-puzzel misschien oplossen."

De LHC, met zijn hoge energie en gecontroleerde omgeving, biedt de perfecte plek om de hadronische interacties van kosmische straling te simuleren en te bestuderen. "Kosmische straling met hoge energie is nog steeds een mysterie. Ze zijn erg moeilijk te meten. Je hebt enorme detectoren nodig en je kunt geen directe metingen uitvoeren terwijl ze in een baan om de aarde zijn omdat de flux te klein is", vervolgt Adriani. "Dus, LHCf is echt het enige experiment ter wereld dat enig licht kan werpen op deze interacties bij zeer, zeer hoge energie. Dit is een cruciaal element voor kosmische stralingsfysici." + Verder verkennen

LHCf bereidt zich voor op onderzoek naar geboorte van kosmische straling