LHCf har avslutat sin första datainsamlingsperiod under LHC Run 3, och drar fördel av den rekordhöga kollisionsenergin på 13,6 TeV. Detta sammanfaller med maskinens rekordfyllningstid på 57 timmar.

Miljontals kosmiska strålar bombarderar jordens atmosfär varje sekund. Dessa är naturligt förekommande partiklar från yttre rymden, som är extremt svåra att upptäcka och mäta. När de kolliderar med kärnor i den övre atmosfären producerar dessa så kallade primära kosmiska strålar regnskurar av sekundära kosmiska strålar som fortsätter att nå marken.

Large Hadron Collider forward (LHCf) experimentet, ett av de minsta av LHC-experimenten, sattes upp för att grundligt undersöka dessa svårfångade partiklar när LHC-operationen började. Den här veckan återupptog den sina studier av egenskaperna hos kosmiska strålar, i en fem dagar lång datatagning, efter att uppgraderingar av detektorn slutförts under den andra långa avstängningen av maskinen.

"När sida ett av LHC visade att LHC fylldes på för LHCf-dataupptagningen blev vi väldigt glada", säger Oscar Adriani, biträdande talesperson för LHCf.

Detta är LHCf:s första datatagningskörning med LHC:s rekordkollisionsenergi på 13,6 TeV. Löpningen sammanföll också med rekordtiden som LHC har kunnat hålla fyllning utan att starta om, nämligen en total period på 57 timmar. Att köra längre innebär effektivare perioder av datainsamling för experimenten.

Primära kosmiska strålar kan ha mycket höga energier - över 1017 eV - liknande de för högenergikollisioner som produceras i LHC. Beläget 140 m från ATLAS-kollisionspunkten för LHC och mäter endast 20 cm gånger 40 cm gånger 10 cm, analyserar LHCf neutrala partiklar som har kastats framåt av kollisioner, och efterliknar produktionen av sekundära kosmiska strålar i jordens atmosfär. Experimentet kan analysera neutrala partiklar eftersom de inte avböjs av LHC:s starka magnetfält och kan mäta deras egenskaper med extremt hög precision.

Denna femdagarskörning kommer sannolikt att bli den sista LHCf-körningen som involverar proton-proton-kollisioner, för i nästa datainsamlingsperiod av körning 3 hoppas samarbetet kunna studera proton-syre-kollisioner som bättre efterliknar interaktionen mellan primära kosmiska strålar med Jordens atmosfär.

Med den högre energin och högre statistiken som Run 3 ger, är LHCf särskilt uppmärksam på partiklar som kallas neutrala kaoner och neutrala eta-mesoner. Dessa består av en kvark och ett antikvarkpar, inklusive en märklig kvark. "Modellerna som förutsäger interaktion med atmosfären förutsäger ett visst antal sekundära myoner, men det finns en obalans mellan det förväntade och det detekterade antalet myoner", förklarar Adriani. "Genom att mäta den konstiga komponenten som produceras vid LHC kan vi kanske lösa detta myonpussel."

LHC, med sin höga energi och kontrollerade miljö, är den perfekta platsen för att simulera och studera de kosmiska strålarnas hadroniska interaktioner. "Kosmiska strålar med hög energi är fortfarande ett mysterium. De är mycket svåra att mäta. Du behöver enorma detektorer, och du kan inte utföra direkta mätningar medan de är i omloppsbana eftersom flödet är för litet", fortsätter Adriani. "Så, LHCf är verkligen det enda experimentet i världen som kan kasta lite ljus över dessa interaktioner med mycket, mycket hög energi. Detta är ett kritiskt element för kosmisk strålningsfysiker." + Utforska vidare

LHCf växlar upp för att undersöka födelsen av kosmiska strålar