📄 Показана версия «Просто» — «Подробно» пока не готова. Добавьте ★ в избранное, если хотите её ускорить. Прошу разобрать полностью

Космические лучи — это частицы, которые прилетают к нам из далёкого космоса. Когда такая частица врезается в атмосферу, она рождает целый ливень из новых частиц — как бильярдный шар, который разбивает пирамиду, и шары разлетаются во все стороны. Чтобы предсказать, каким будет такой ливень, нужно знать, как первичная частица взаимодействует с ядрами атомов воздуха. Воздух в основном состоит из азота и кислорода, поэтому учёные решили измерить столкновения протонов с ядрами кислорода.

На Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе разогнали пучок протонов и направили его на мишень из кислорода. Энергия столкновения была огромной — 9,62 тераэлектронвольт в системе центра масс, это в тысячи раз больше энергии, которая выделяется при делении одного ядра урана. Детектор ATLAS зафиксировал 246 миллионов событий, в которых родилась хотя бы одна заряженная частица с поперечным импульсом больше 500 мегаэлектронвольт и углом вылета в пределах 2,5 единиц псевдобыстроты. Это как если бы вы 246 миллионов раз бросили камень в пруд и каждый раз измеряли, какие брызги полетели.

Результаты помогут астрофизикам точнее рассчитывать космические ливни. Это важно для обсерваторий, которые ловят космические лучи сверхвысоких энергий, например для обсерватории Пьера Оже в Аргентине. Чем лучше мы знаем, как частица взаимодействует с воздухом, тем точнее можем восстановить её энергию и направление. А это, в свою очередь, приближает нас к разгадке, откуда берутся самые энергичные частицы во Вселенной.

Оригинальная аннотация

как её написали авторы, на английском arXiv:2604.05512

This Letter presents a measurement of prompt charged-particle production in proton-oxygen interactions at $$\sqrt{s_\text{NN}}=9.62$$ TeV center-of-mass energy with the ATLAS detector, corresponding to 634 $$\mu$$b$$^{-1}$$ of integrated luminosity. A total of 246 million selected events have at least one track with transverse momentum $$p_\text{T}> 500$$ MeV and pseudorapidity $$|\eta|<2.5$$. The measured fiducial proton-oxygen cross section is $$\sigma_\text{fid.}^{p\text{O}}=396 \pm 6~(\text{exp.}) \pm 9~(\text{lumi.})~\text{mb}$$ and the extrapolated inelastic proton-air cross section is $$\sigma^{p+\text{air}}_\text{inel.} = 406 \pm 6~(\text{exp.}) \pm 9~(\text{lumi.}) \pm 28~(\text{th.})~\text{mb}$$. Measurements of charged-particle multiplicity, $$p_\text{T}$$, and $$\eta$$ distributions are an order-of-magnitude more precise than differences between hadronic-interaction models. These results enable improved modeling of cosmic-ray air showers, which is important for astroparticle physics.