Un nuovo esperimento di LHC cerca l'origine delle docce cosmiche

I raggi cosmici sono particelle altamente energetiche, tipicamente protoni, che viaggiano circa alla velocità della luce. Quando colpiscono gli atomi dell'atmosfera producono una cascata di particelle secondarie che cadono sulla superficie della Terra. Questa doccia cosmica è simile al risultato degli esperimenti a LHC.

Le osservazioni delle docce cosmiche sono generalmente interpretate con delle simulazioni al computer che utilizzano dei modelli di interazione tra l'atmosfera e i raggi cosmici. Esistono differenti modelli ma non è chiaro quale sia quello giusto.

LHC, rientrato in funzione a Marzo 2018, possiede un piccolo esperimento chiamato LHCf che cercherà di capire quali interazioni innescano la doccia cosmica e definire quale sia il modello giusto per descrivere questo fenomeno.

A differenza degli esperimenti principali, che cercano le particelle secondarie emesse a grandi angoli, LHCf misura particelle a piccoli angoli rispetto alla direzione di collisione. Rilevando l'energia possiamo scartare i modelli che non si accordano con le previsioni.

Utilizzando i dati delle collisioni protone-protone a 13TeV, LHCf ha misurato come il numero di protoni e neutroni varia in funzione dell'energia. I risultati sono in ottimo accordo con alcuni schemi e molto meno con altri.

Nel prossimo ciclo l'esperimento verrà migliorato ulteriormente e LHCf misurerà i prodotti delle collisioni tra protoni e ioni leggeri, ad esempio ioni di ossigeno e testerà nuovi schemi per le interazioni con i raggi cosmici. Questo è solo uno degli esperimenti di interesse cosmologico, come il FASER che andrà a caccia di materia oscura.