Ett internationellt team av fysiker har utvecklat ett banbrytande tillvägagångssätt för att använda Ultrahigh Energy Cosmic Rays (UHECR)-de högsta energipartiklarna i naturen sedan Big Bang-för att studera partikelinteraktioner långt utanför räckhåll för mänskliga acceleratorer. Arbetet, beskrivs i tidningen Fysiska granskningsbrev , använder sig av UHECR -mätningar av Pierre Auger Observatory (PAO) i Argentina, som har spelat in UHECR -data i ungefär ett decennium.

Studien kan också peka på uppkomsten av några nya, ännu inte förstått fysiskt fenomen i en storleksordning högre energi än vad som kan nås med Large Hadron Collider (LHC), där Higgs -partikeln upptäcktes.

Ursprunget till UHECR är fortfarande ett mysterium, trots decennier av arbete som syftar till att upptäcka deras källor. Men redan innan UHECR:s källor identifieras, partikelduschar de skapar i jordens atmosfär kan användas för att utforska grundläggande fysik.

De kosmiska strålarna är atomkärnor. När de kolliderar med luftpartiklar, hundratals ytterligare partiklar skapas, som sedan interagerar ytterligare för att producera en kaskad av partiklar i atmosfären. PAO -teleskop mäter hur duschen utvecklas när den färdas genom atmosfären, och PAO -ytdetektorerna mäter partikelhalten i duschen på marken. Svårigheten att använda UHECR -luftduschar för att studera partikelfysik, tills nu, härrörde från osäkerheten i en enskild stråls energi och inte att veta exakt vilken kärna det är.

New York University Physics Professor Glennys Farrar och Jeff Allen, hennes doktorand och postdoktor vid studietiden, kringgick detta genom att använda atmosfären som liknar hur en partikeldetektor används i laboratorieexperiment. För Fysiska granskningsbrev studie, de jämförde PAO -data för 441 UHECR -duschar, med datorsimulerade duschar baserade på partikelfysikmodeller härledda från experiment med accelerator energier.

"Toppmoderna partikelfysikmodeller underskattar allvarligt en nyckelkomponent i dessa UHECR-duschar, "förklarar Farrar." Detta kan peka på uppkomsten av oväntade fysiska processer med högre energi än LHC. Framtida studier, och planerade uppgraderingar till PAO, ska avslöja vad som ger den extra signalen, ger ett fönster om partikelfysik långt utanför acceleratörernas räckvidd. "