На Большом адронном коллайдере впервые столкнули протоны с кислородом

Коллаборация ATLAS сообщила о первых измерениях столкновений протонов с кислородом на Большом адронном коллайдере (БАК). Их результаты выложены препринтом на arXiv.

Космические лучи непрерывно бомбардируют атмосферу на высоте в десятки километров над Землей. Природа их не вполне ясна, а измерения возможны лишь по косвенным признакам — ливням вторичных частиц. Эти измерения, как и их анализ, очень зависят от свойств сильного взаимодействия, которое сложно точно смоделировать. Существующие модели противоречат друг другу, что затрудняет интерпретацию измерений астрофизиками.

Специалисты ATLAS взялись воспроизвести эти процессы в БАК. Сначала там попробовали столкнуть протоны с ионами кислорода. Пучок протонов играл роль космического луча, а пучок ионов кислорода — роль земной атмосферы.

В июле 2025 года впервые в истории коллайдера результаты этих столкновений детально измерили — по следам разлетавшихся «осколков», зафиксированным чувствительным детектором. Определили ключевые характеристики соударений, в том числе частоту рождения частиц, их количество, а также энергии и углы вылета.

Затем полученные распределения заряженных частиц сравнили с предсказаниями различных моделей, которые обычно применяются для интерпретации данных обсерваторий космических лучей. Эти модели, настраиваемые для воспроизведения результатов предыдущих столкновений протонов с более тяжелыми ядрами, также расходятся между собой.

Новые измерения ATLAS достигли точности в несколько процентов, заметно углубляя наши знания о протон-кислородных взаимодействиях. Физики-теоретики могут использовать эти результаты для улучшения своих моделей, чтобы разобраться наконец в происхождении загадочных частиц высоких энергий, непрерывно летящих к нам из космоса.