Znanstveniki v CERN-u so v velikem hadronskem trkalniku poustvarili trk izjemno energičnega delca iz vesolja z atomskim jedrom v Zemljini atmosferi. Meritve eksperimenta ATLAS so razkrile pomembno težavo: računalniški modeli, s katerimi raziskovalci pojasnjujejo najmočnejše kozmične žarke, se z resničnimi trki ne ujemajo dovolj dobro.
Raziskovalci so analizirali 246 milijonov trkov protonov s kisikovimi jedri in več kot 5,1 milijarde sledi nabitih delcev. Rezultati so objavljeni v znanstveni reviji Physical Review Letters, zadnja različica raziskave pa je bila posodobljena 15. septembra.
Poskus je znanstvenikom omogočil, da so v nadzorovanem laboratorijskem okolju preučili dogajanje, ki se sicer odvija več deset kilometrov nad Zemljinim površjem.
Kaj so kozmični žarki?
Kozmični žarki kljub imenu niso svetlobni žarki, temveč izjemno hitri delci, ki prihajajo iz vesolja. Večinoma gre za protone oziroma jedra vodika, med njimi pa so tudi jedra helija in težjih elementov.
Ko takšen delec zadene jedro kisika ali dušika v Zemljini atmosferi, nastane množica novih delcev. Ti trčijo ob druga atomska jedra in sprožijo nekakšno verižno reakcijo oziroma kozmični prh, ki se širi proti površju.
Po navedbah CERN-a približno en sekundarni delec iz takšnih kozmičnih prh vsako sekundo preide skozi človekovo glavo. Gre za običajen naravni pojav, ki se na Zemlji nenehno dogaja.
Najenergičnejši kozmični žarki pa so izredno redki, zato jih znanstveniki težko neposredno zaznajo v vesolju. Namesto tega zemeljski observatoriji opazujejo delce, ki nastanejo ob njihovem trku z atmosfero, nato pa s pomočjo računalniških modelov poskušajo ugotoviti, kakšen je bil prvotni delec, koliko energije je imel in od kod je prišel.
LHC se je spremenil v laboratorij za kozmične žarke
Veliki hadronski trkalnik je bil julija 2025 prvič nastavljen tako, da je snop protonov trčil s snopom kisikovih ionov. Proton je pri poskusu prevzel vlogo kozmičnega delca, kisik pa vlogo atomskega jedra v atmosferi.
Trki so potekali pri energiji 9,62 teraelektronvolta na nukleonski par. Raziskovalci so nato merili, koliko nabitih delcev je nastalo, v katere smeri so odleteli in koliko energije so prenesli.
Dobljene podatke so primerjali z več vodilnimi modeli, ki se uporabljajo pri raziskovanju kozmičnih žarkov. Modeli so se med seboj precej razlikovali, nobeden pa ni zanesljivo opisal vseh izmerjenih značilnosti trkov.
To ne pomeni, da so dosedanje simulacije neuporabne. Novi podatki so predvsem pokazali, kje jih bo treba izboljšati in natančneje prilagoditi dejanskim meritvam. Meritve eksperimenta ATLAS so po navedbah raziskovalcev dovolj natančne, da lahko pomembno zmanjšajo dosedanje negotovosti.
Iskanje izvora najmočnejših delcev
Natančnejši modeli bodo astronomom pomagali oceniti, ali je prvotni kozmični žarek predstavljal proton ali jedro težjega elementa ter koliko energije je imel pred trkom z atmosfero.
S tem bi se lahko približali odgovoru na eno največjih vprašanj astrofizike: od kod prihajajo najenergičnejši delci v vesolju in kje je meja med kozmičnimi žarki, ki nastajajo v naši galaksiji, ter tistimi iz oddaljenih galaksij.
LHC sicer ne more poustvariti najekstremnejših trkov, ki se dogajajo v naravi. Novi rezultati pa dokazujejo, da lahko največji pospeševalnik delcev na svetu deluje tudi kot laboratorij za pojave visoko nad Zemljo.
O nenavadnih pojavih v vesolju smo na Portal24 pred kratkim poročali tudi ob odkritju velikanskega desetkotnika nad južnim polom Saturna.
