Físicos do CERN recriam tempestades cósmicas no LHC; entenda o porquê
As chamadas tempestades cósmicas são cascatas de partículas produzidas quando raios cósmicos de alta energia atingem a atmosfera terrestre. Agora, cientistas usam o LHC, no CERN, para reproduzir colisões semelhantes e investigar esses processos em condições controladas.
As tempestades cósmicas são eventos associados aos raios cósmicos de altas energias que atingem a atmosfera terrestre. Quando uma dessas partículas colide com núcleos atmosféricos, desencadeia uma cascata de partículas secundárias, conhecida como chuveiro atmosférico extenso.
A cascata pode se espalhar por grandes áreas e produzir milhares ou milhões de partículas detectáveis na superfície. Esses eventos são importantes porque os raios cósmicos funcionam como aceleradores naturais. Compreender como as partículas interagem nessas energias ajuda a interpretar como as partículas colidem em aceleradores como LHC.
Para estudar o fenômeno, os pesquisadores utilizam o LHC para produzir colisões de prótons em energias elevadas. Os detectores registram a multiplicidade, a energia e a distribuição das partículas produzidas, permitindo comparar os eventos com as previsões dos modelos de chuveiros cósmicos.
Tempestades cósmicas
As chamadas tempestades cósmicas são grandes cascatas de partículas produzidas quando raios cósmicos de alta energia atingem a atmosfera terrestre. Um único próton ou núcleo atômico pode colidir com moléculas do ar e gerar partículas secundárias, que por sua vez provocam novas colisões.
Os raios cósmicos podem atingir energias muito superiores às alcançadas em aceleradores terrestres. A distribuição das partículas produzidas depende dos processos de interação entre os constituintes da matéria e da energia inicial da partícula primária. É nessas interações que ainda existem questões em aberto.
Elementos formados no LHC
Em 1º de julho de 2025, pesquisadores do CERN realizaram pela primeira vez colisões de átomos de oxigênio com prótons no LHC, criando em laboratório condições semelhantes aos chuveiros de raios cósmicos. Nesse experimento, o feixe de prótons funcionou como o raio cósmico, enquanto o oxigênio representou os núcleos da atmosfera 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?
No experimento do LHC, os pesquisadores mediram diretamente a multiplicidade e as energias das partículas produzidas nas colisões, obtendo uma precisão mais de 10 vezes superior às previsões dos modelos computacionais. Esses dados permitem melhorar a descrição das primeiras etapas dos chuveiros atmosféricos.
Além disso, ajuda a estimar a contribuição de prótons e núcleos mais pesados nos raios cósmicos de alta energia. A composição dos raios cósmicos também fornece pistas sobre seus possíveis locais e mecanismos de origem. Assim, os resultados conectam os experimentos do LHC com fenômenos astrofísicos.
CTA
O Brasil também faz parte de um estudo mundial de raios cósmicos fazendo parte do Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO) que é um observatório dedicado à essa área. Quando raios gama atingem a atmosfera, produzem cascatas de partículas que geram flashes extremamente rápidos de luz.
O Brasil participa do projeto por meio de instituições como o CBPF e a FAPESP, contribuindo para instrumentação, desenvolvimento de telescópios e pesquisas em astropartículas. Pesquisadores brasileiros também participam da colaboração que usa os dados do CTAO para estudar a origem e a aceleração de raios cósmicos.