O LHCf completou seu primeiro período de coleta de dados durante o LHC Run 3, aproveitando a energia de colisão recorde de 13,6 TeV. Isso coincide com o tempo recorde de enchimento da máquina de 57 horas.
Milhões de raios cósmicos bombardeiam a atmosfera da Terra a cada segundo. Estas são partículas de ocorrência natural do espaço exterior, que são extremamente difíceis de detectar e medir. Quando colidem com núcleos na atmosfera superior, esses chamados raios cósmicos primários produzem chuvas de raios cósmicos secundários que chegam ao solo.

O experimento do Large Hadron Collider forward (LHCf), um dos menores experimentos do LHC, foi criado para investigar minuciosamente essas partículas indescritíveis quando a operação do LHC começou. Esta semana, retomou seus estudos das propriedades dos raios cósmicos, em uma corrida de cinco dias de coleta de dados, após a conclusão das atualizações do detector durante o segundo longo desligamento da máquina.

"Quando a primeira página do LHC mostrou que o LHC estava sendo preenchido para a coleta de dados do LHCf, ficamos muito animados", diz Oscar Adriani, porta-voz adjunto do LHCf.

Esta é a primeira corrida de coleta de dados do LHCf na energia de colisão recorde do LHC de 13,6 TeV. A corrida também coincidiu com o tempo recorde que o LHC conseguiu manter um enchimento sem reiniciar, ou seja, um período total de 57 horas. Correr por mais tempo significa períodos mais eficientes de coleta de dados para os experimentos.

Os raios cósmicos primários podem ter energias muito altas – acima de 1017 eV – semelhantes às das colisões de alta energia que são produzidas no LHC. Localizado a 140 m do ponto de colisão ATLAS do LHC e medindo apenas 20 cm por 40 cm por 10 cm, o LHCf analisa partículas neutras que foram lançadas para frente por colisões, imitando a produção de raios cósmicos secundários na atmosfera da Terra. O experimento é capaz de analisar partículas neutras porque elas não são desviadas pelo forte campo magnético do LHC e podem medir suas propriedades com altíssima precisão.

Esta corrida de cinco dias provavelmente será a corrida final do LHCf envolvendo colisões próton-próton, porque no próximo período de coleta de dados da Corrida 3, a colaboração espera estudar colisões próton-oxigênio que emulem melhor a interação dos raios cósmicos primários com o Atmosfera da Terra.

Com a energia mais alta e as estatísticas mais altas que a Run 3 fornece, o LHCf está particularmente atento às partículas chamadas kaons neutros e mésons eta neutros. Estes são compostos de um par de quarks e antiquarks, incluindo um quark estranho. "Os modelos que preveem a interação com a atmosfera preveem um certo número de múons secundários, mas há um descompasso entre o número de múons esperado e o detectado", explica Adriani. “Ao medir o estranho componente produzido no LHC, podemos resolver esse quebra-cabeça de múons”.

O LHC, com sua alta energia e ambiente controlado, oferece o local perfeito para simular e estudar as interações hadrônicas dos raios cósmicos. "Os raios cósmicos de alta energia ainda são um mistério. Eles são muito difíceis de medir. Você precisa de detectores enormes e não pode fazer medições diretas enquanto eles estão em órbita porque o fluxo é muito pequeno", continua Adriani. "Então, o LHCf é realmente o único experimento no mundo que pode lançar alguma luz sobre essas interações em energia muito, muito alta. Este é um elemento crítico para os físicos de raios cósmicos." + Explorar mais

LHCf se prepara para investigar o nascimento de chuvas de raios cósmicos