Sciencemag.cz
Doporučujeme
Kosmické záření tvoří vysokoenergetické částice z vesmíru dopadající na zemskou atmosféru. Přitom vytvářejí spršky sekundárních částic, jako jsou miony, které mohou dosáhnout povrchu planety. V posledních letech ale přitom pozemní experimenty detekovaly více kosmických mionů, než předpovídají současné teoretické modely kosmického záření.
Podzemní experimenty nabízejí dobré podmínky pro detekci kosmických mionů, protože skála nebo půda nad experimenty pohlcuje ostatní složky spršky částic. Mohly by tedy pomoci vyřešit celou záhadu („muon puzzle“). Jedním z těchto projektů je i ALICE na Velkém hadronovém urychlovači (LHC) v CERNu. Detektor je umístěn 52 metrů pod zemí. Vědci z kolaborace ALICE nyní analyzovali přibližně 165 milionů zaznamenaných událostí obsahujících alespoň jeden mion kosmického původu a také 15 702 událostí s více než 4 miony.
Tento rozsáhlý vzorek byl získán v letech 2015 až 2018 během přestávek druhého běhu urychlovače LHC, kdy ve srážeči neprobíhaly žádné svazky částic. Celková doba sběru dat činila 62,5 dne – více než dvojnásobek doby trvání předchozí kampaně sledování kosmického záření v běhu 1 LHC (2010-2013), která zaznamenala přibližně 22,6 milionu událostí s alespoň jedním mionem.
Analýzou toho, jak se počet událostí mění s rostoucím počtem mionů na jednu událost, zjistili vědci z projektu ALICE plynulý, klesající trend od počtu 5 do 50, za níž jsou počty událostí velmi malé a podléhají velkým statistickým nejistotám.
Výzkumníci porovnali toto klesající rozložení multiplicity mionů se simulacemi založenými na třech modelech produkce sekundárních částic a předpokládajícími dvě extrémní složení primárního kosmického záření – jádra vodíku (protony), která představují nejlehčí možné složení, a jádra železa, tj. složení z částic s velmi vysokou hmotností.
Tato srovnání ukázala, že naměřené rozdělení odpovídá primárnímu kosmickému záření s energiemi v rozmezí 4 až 60 PeV (PeV je 10 na 15 elektronvoltů). Jeden ze tří modelů reprodukuje pozorované rozložení, ale pouze za předpokladu, že primární kosmické záření je tvořeno železem. Naproti tomu zbylé dva modely podhodnocují počet událostí, i když předpokládají složení kosmického záření z jader železa.
Výsledky sice naznačují, že ve složení primárního kosmického záření převažují těžké prvky, ale podle autorů studie to stejně úplně nesedí. Shrnuto, nové výsledky experimentu ALICE potvrzují rozpor mezi daty měření za Země a modely kosmického záření.
S. Acharya et al, Multimuons in cosmic-ray events as seen in ALICE at the LHC, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (2025). DOI: 10.1088/1475-7516/2025/04/009. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2410.17771
Zdroj: CERN / Phys.org, přeloženo / zkráceno
