Ungefär en gång om året, det minsta Large Hadron Collider (LHC) experimentet, LHC-forward (LHCf), tas ut från sin dedikerade lagring på webbplatsen nära ATLAS -experimentet, installeras om i LHC -tunneln, och tas i bruk för att undersöka kosmiska strålar med hög energi.

Medan ATLAS och de tre andra viktigaste LHC -experimenten - CMS, ALICE och LHCb - studera alla partiklar som produceras vid kollisioner oavsett i vilken riktning de flyger ut, LHCf mäter skräpet som kastas i riktningen "mycket framåt".

Dessa framåtpartiklar bär en stor mängd av kollisionsenergin, och knappt ändra sina banor från den första kollisionsstrålens riktning. Detta gör dem idealiska för att förstå utvecklingen av duschar av partiklar som produceras när kosmiska strålar med hög energi träffar atmosfären.

"Tanken bakom LHCf-experimentet är att bidra till att öka vårt lärande om kosmiska strålar med hög energi, genom att mäta och tolka egenskaperna hos de sekundära partiklarna som frigörs när dessa kosmiska strålar kolliderar med jordens atmosfär, "förklarar Lorenzo Bonechi, som leder ett team för LHCf -samarbetet i Florens, Italien.

Experimentets två detektorer är installerade 140 meter på vardera sidan av ATLAS -kollisionspunkten. De är inte lämpliga för användning under normala LHC -operationer, och så måste vänta tills maskinen är igång med mycket få kollisioner - vilket motsvarar en låg ljusstyrka. Om ljusstyrkan är för hög, det större antalet framåt, högenergipartiklar kan värma detektorn och orsaka permanent skada.

LHCf har installerats om nära ATLAS -detektorn flera gånger. Det här året, experimentet installerade bara en detektor, som tar data under denna månads tungkörning, där LHC kolliderar protoner med blyjoner. Kollisionernas asymmetriska karaktär innebär att en detektor bombarderas med resterna av blykärnorna och kan skadas.

Mängden skräp som kastas i riktning framåt vid kollisioner i LHC och energin som dessa partiklar bär kan jämföras med förutsägelserna för hadroniska interaktionsmodeller - sofistikerade fysikmodeller som beskriver kollisioner mellan protoner och kärnor och listan över producerade partiklar i dessa interaktioner.

"Under tidigare körningar har vi funnit betydande avvikelser mellan våra data och de mest avancerade modellerna för hadronic interaktion, som används för att modellera hur kosmiska strålar duschar ner på jorden när de interagerar med vår atmosfär. LHCf försöker hitta bevis som kan hjälpa till att bevisa vilken av dessa modeller som ger den mest tillförlitliga beskrivningen. Nu, forskare som arbetar inom detta område försöker integrera våra resultat i sina modeller, och vi kan se en revolution inom dem inom en snar framtid, säger Bonechi.

Körningen med blyjoner och protoner började den 10 november 2016 med låg intensitet och låg energi kollisioner (5,02 TeV) specifikt för ALICE -detektorn för att göra mätningar. Men nu har det ökat till att kollidera strålarna vid 8.16 TeV, och LHCf har redan samlat in flera miljoner partiklar och kommer att fortsätta med sina data under de kommande dagarna.