LHCf a achevé sa première période d'acquisition de données au cours du Run 3 du LHC, tirant parti de l'énergie de collision record de 13,6 TeV. Cela coïncide avec le temps de remplissage record de la machine de 57 heures.

Des millions de rayons cosmiques bombardent l'atmosphère terrestre à chaque seconde. Ce sont des particules d'origine naturelle provenant de l'espace extra-atmosphérique, qui sont extrêmement difficiles à détecter et à mesurer. Lorsqu'ils entrent en collision avec des noyaux dans la haute atmosphère, ces rayons cosmiques dits primaires produisent des gerbes de rayons cosmiques secondaires qui atteignent ensuite le sol.

L'expérience LHCf (Large Hadron Collider forward), l'une des plus petites expériences du LHC, a été mise en place pour étudier en profondeur ces particules insaisissables au début de l'exploitation du LHC. Cette semaine, il a repris ses études sur les propriétés des rayons cosmiques, dans un cycle de prise de données de cinq jours, après l'achèvement des mises à niveau du détecteur lors du deuxième long arrêt de la machine.

"Lorsque la première page du LHC a montré que le LHC était rempli pour la prise de données du LHCf, nous étions très excités", déclare Oscar Adriani, porte-parole adjoint du LHCf.

Il s'agit de la première campagne d'acquisition de données du LHCf à l'énergie de collision record du LHC de 13,6 TeV. L'exploitation a également coïncidé avec le temps record pendant lequel le LHC a pu maintenir un remplissage sans redémarrer, à savoir une période totale de 57 heures. Courir plus longtemps signifie des périodes de prise de données plus efficaces pour les expériences.

Les rayons cosmiques primaires peuvent avoir des énergies très élevées, supérieures à 1017 eV, similaires à celles des collisions à haute énergie produites dans le LHC. Situé à 140 m du point de collision ATLAS du LHC et mesurant seulement 20 cm sur 40 cm sur 10 cm, LHCf analyse les particules neutres qui ont été projetées vers l'avant par des collisions, imitant la production de rayons cosmiques secondaires dans l'atmosphère terrestre. L'expérience est capable d'analyser les particules neutres car elles ne sont pas déviées par le puissant champ magnétique du LHC et peut mesurer leurs propriétés avec une précision extrêmement élevée.

Cette exploitation de cinq jours sera probablement la dernière exploitation du LHCf impliquant des collisions proton-proton, car au cours de la prochaine période de collecte de données de l'exploitation 3, la collaboration espère étudier les collisions proton-oxygène qui imitent mieux l'interaction des rayons cosmiques primaires avec le L'atmosphère terrestre.

Avec l'énergie plus élevée et les statistiques plus élevées fournies par la phase 3, LHCf recherche particulièrement des particules appelées kaons neutres et mésons êta neutres. Ceux-ci sont constitués d'un couple quark et antiquark, dont un quark étrange. "Les modèles qui prédisent l'interaction avec l'atmosphère prédisent un certain nombre de muons secondaires, mais il y a un décalage entre le nombre attendu et le nombre de muons détectés", explique Adriani. "En mesurant l'étrange composant produit au LHC, nous pourrons peut-être résoudre ce puzzle de muons."

Le LHC, avec sa haute énergie et son environnement contrôlé, est l'endroit idéal pour simuler et étudier les interactions hadroniques des rayons cosmiques. "Les rayons cosmiques de haute énergie sont encore un mystère. Ils sont très difficiles à mesurer. Vous avez besoin d'énormes détecteurs, et vous ne pouvez pas effectuer de mesures directes tant qu'ils sont en orbite car le flux est trop faible", poursuit Adriani. "Ainsi, LHCf est vraiment la seule expérience au monde qui peut faire la lumière sur ces interactions à très, très haute énergie. C'est un élément critique pour les physiciens des rayons cosmiques." + Explorer plus loin

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