В лаборатории ATLAS впервые воспроизвели столкновения космических лучей с атмосферой Земли

Космические лучи представляют собой поток заряженных частиц сверхвысоких энергий, непрерывно атакующих земную атмосферу и порождающих масштабные каскады вторичных излучений. Несмотря на то, что физики изучают эти процессы на протяжении века, природа и характеристики данных частиц остаются предметом дискуссий — во многом из-за несовершенства алгоритмов моделирования, на которые опираются наземные обсерватории при обработке наблюдений.

В июле 2025 года на Большом адронном коллайдере (LHC) состоялась премьера: ученые впервые реализовали столкновения протонных пучков с ионами кислорода. В данной конфигурации протоны выступали в роли космических лучей, а кислород имитировал плотную среду земной атмосферы. Это позволило воспроизвести в контролируемых лабораторных условиях фундаментальные механизмы, запускающиеся при проникновении частиц из космоса в воздушную оболочку планеты.

Специалисты коллаборации ATLAS провели детальный анализ треков заряженных частиц, образовавшихся после соударений, скрупулезно зафиксировав такие параметры, как множественность частиц, их распределение по энергиям и угловые характеристики. Полученные эмпирические данные были сопоставлены с результатами существующих симуляций, традиционно используемых для интерпретации сигналов с космических детекторов.

Выяснилось, что текущие модели, построенные преимущественно на данных о взаимодействиях протонов с ядрами более тяжелых элементов, демонстрируют значительные расхождения. Новые высокоточные измерения, погрешность которых не превышает нескольких процентов, предоставляют физикам-теоретикам критически важную информацию для калибровки и совершенствования инструментов моделирования.

Данные достижения открывают путь к созданию гораздо более достоверных моделей атмосферных ливней, что необходимо не только для глубокого понимания физики высокоэнергичных космических частиц, но и для повышения точности астрофизических исследований мирового уровня.

Источник: iXBT