CERN、宇宙線の粒子シャワーが生まれる瞬間を再現

CERNの物理学者らが、宇宙線による粒子シャワーの発生直後を実験室で再現し、宇宙から到来する粒子についての科学的な解釈を検証する新たな証拠を得た。

宇宙線は、高速で飛ぶ原子核である。地球の高層大気の原子に衝突すると、他の粒子がシャワー状に発生する。研究者はコンピューターシミュレーションを使い、このシャワーから元の宇宙線の性質を逆算するが、モデルによって答えが異なる。

こうしたモデルを検証するため、国際チームは2025年7月、大型ハドロン衝突型加速器を用いて、陽子ビームと酸素ビームを初めて衝突させた。陽子は到来する宇宙線の代わりを担い、酸素は大気の一成分を表した。

ATLAS検出器は、衝突によって生じた粒子の広がりを記録した。チームは粒子の数、エネルギー、方向を測定し、シャワーが始まる様子を詳細に描き出した。Physical Review Lettersに掲載された結果は、既存のモデルがこれらの相互作用を正確に記述していないことを示した。

新たなデータは、水素からなる宇宙線と、より重い元素からなる宇宙線を区別するのに役立つと期待される。それにより、宇宙線の起源を探る手がかりが得られ、宇宙で最も極端な環境の一部を調べる助けとなる可能性がある。