Físicos del CERN recrean tormentas cósmicas en el LHC, descubre por qué
Las llamadas tormentas cósmicas son cascadas de partículas producidas cuando rayos cósmicos de alta energía impactan contra la atmósfera terrestre. Ahora, los científicos utilizan el LHC, en el CERN, para reproducir colisiones similares e investigar estos procesos en condiciones controladas.
Las tormentas cósmicas son eventos asociados a los rayos cósmicos de alta energía que inciden en la atmósfera terrestre. Cuando una de estas partículas colisiona con núcleos atmosféricos, desencadena una cascada de partículas secundarias, conocida como chubasco atmosférico extenso.
La cascada puede extenderse por grandes áreas y producir miles o millones de partículas detectables en la superficie. Estos eventos son importantes porque los rayos cósmicos funcionan como aceleradores naturales. Comprender cómo interactúan las partículas a estas energías ayuda a interpretar cómo colisionan las partículas en aceleradores como el LHC.
Para estudiar el fenómeno, los investigadores utilizan el LHC para producir colisiones de protones a altas energías. Los detectores registran la multiplicidad, la energía y la distribución de las partículas producidas, lo que permite comparar los eventos con las predicciones de los modelos de chubascos cósmicos.
Tormentas cósmicas
Las llamadas tormentas cósmicas son grandes cascadas de partículas producidas cuando rayos cósmicos de alta energía inciden en la atmósfera terrestre. Un solo protón o núcleo atómico puede colisionar con moléculas del aire y generar partículas secundarias que, a su vez, provocan nuevas colisiones.
Los rayos cósmicos pueden alcanzar energías muy superiores a las logradas en aceleradores terrestres. La distribución de las partículas producidas depende de los procesos de interacción entre los constituyentes de la materia y de la energía inicial de la partícula primaria. Es en estas interacciones donde aún existen interrogantes abiertos.
Elementos formados en el LHC
El 1 de julio de 2025, investigadores del CERN realizaron por primera vez colisiones de átomos de oxígeno con protones en el LHC, creando en laboratorio condiciones similares a las de los chubascos de rayos cósmicos. En este experimento, el haz de protones actuó como el rayo cósmico, mientras que el oxígeno representó los núcleos de la atmósfera terrestre.
A energia da colisão foi convertida em um grande número de partículas secundárias, reproduzindo os primeiros estágios de uma tempestade cósmica. Essas partículas são então analisadas para entender como a cascata se desenvolve.
Como elas são formadas?
En el experimento del LHC, los investigadores midieron directamente la multiplicidad y las energías de las partículas producidas en las colisiones, obteniendo una precisión más de 10 veces superior a las predicciones de los modelos computacionales. Estos datos permiten mejorar la descripción de las primeras etapas de las cascadas atmosféricas.
Además, ayudan a estimar la contribución de protones y núcleos más pesados en los rayos cósmicos de alta energía. La composición de los rayos cósmicos también aporta pistas sobre sus posibles lugares y mecanismos de origen. De este modo, los resultados conectan los experimentos del LHC con fenómenos astrofísicos.
CTA
Brasil también participa en un estudio mundial sobre rayos cósmicos como parte del Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO), un observatorio dedicado a esta área. Cuando los rayos gamma inciden en la atmósfera, producen cascadas de partículas que generan destellos de luz extremadamente rápidos.
Brasil participa en el proyecto a través de instituciones como el CBPF y la FAPESP, contribuyendo a la instrumentación, el desarrollo de telescopios y la investigación en astropartículas. Investigadores brasileños también participan en la colaboración que utiliza los datos del CTAO para estudiar el origen y la aceleración de los rayos cósmicos.