Uma equipe internacional de físicos desenvolveu uma abordagem pioneira para usar Raios Cósmicos de Energia Ultra Alta (UHECRs) - as partículas de maior energia da natureza desde o Big Bang - para estudar as interações de partículas muito além do alcance dos aceleradores feitos pelo homem. O trabalho, delineado no jornal Cartas de revisão física , faz uso de medições UHECR pelo Observatório Pierre Auger (PAO) na Argentina, que vem registrando dados UHECR por cerca de uma década.

O estudo também pode apontar para o surgimento de alguns novos, fenômeno físico ainda não compreendido em uma ordem de magnitude de energia mais alta do que pode ser acessada com o Grande Colisor de Hádrons (LHC), onde a partícula de Higgs foi descoberta.

A origem dos UHECRs permanece um mistério, apesar de décadas de trabalho visando descobrir suas fontes. No entanto, mesmo antes de as fontes dos UHECRs serem identificadas, as chuvas de partículas que eles criam na atmosfera da Terra podem ser usadas para explorar a física fundamental.

Os raios cósmicos são núcleos atômicos. Quando eles colidem com partículas de ar, centenas de partículas adicionais são criadas, que, então, interagem ainda mais para produzir uma cascata de partículas na atmosfera. Os telescópios PAO medem como o chuveiro se desenvolve à medida que viaja pela atmosfera, e os detectores de superfície PAO medem o conteúdo de partículas do chuveiro no solo. A dificuldade de usar chuveiros de ar UHECR para estudar física de partículas, até agora, originou-se da incerteza na energia de um raio individual e não saber exatamente que núcleo ele é.

Professor de Física da Universidade de Nova York, Glennys Farrar e Jeff Allen, seu aluno de graduação e pesquisador de pós-doutorado na época do estudo, contornou isso usando a atmosfera semelhante à forma como um detector de partículas é empregado em experimentos de laboratório. Para o Cartas de revisão física estude, eles compararam os dados PAO para 441 chuveiros UHECR, com chuveiros simulados por computador com base em modelos de física de partículas derivados de experimentos com energias do acelerador.

"Modelos de física de partículas de última geração subestimam seriamente um componente-chave desses chuveiros UHECR, "explica Farrar." Isso pode apontar para o surgimento de processos físicos imprevistos com maior energia do que o LHC. Estudos futuros, e atualizações planejadas para o PAO, deve revelar o que produz o sinal extra, fornecendo uma janela sobre a física de partículas muito além do alcance dos aceleradores. "