La colaboración ATLAS del CERN midió las partículas producidas al hacer chocar protones con núcleos de oxígeno y encontró discrepancias con los modelos usados para estudiar rayos cósmicos. Los datos permiten revisar cómo se interpreta la lluvia de partículas que llega al suelo después de una colisión en la atmósfera.
El estudio, publicado en Physical Review Letters, utiliza colisiones registradas en julio de 2025. Su primera versión se depositó en arXiv el 7 de abril de 2026.
Un choque inicial que condiciona la interpretación
Cuando un rayo cósmico golpea un núcleo atmosférico, genera partículas que alimentan una cascada. Los observatorios terrestres registran esa lluvia y recurren a simulaciones para deducir la energía y la composición de la partícula original. La física del primer impacto condiciona esa reconstrucción.
En la campaña del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el haz de protones representó al rayo cósmico y los núcleos de oxígeno, a un componente de la atmósfera. ATLAS seleccionó 246 millones de colisiones y analizó el número de partículas cargadas, sus direcciones y su impulso perpendicular a los haces.
Los choques alcanzaron 9.62 teraelectronvoltios (TeV) por par de nucleones en el centro de masas. Según el estudio, equivalen a un protón cósmico de unos 49 petaelectronvoltios (PeV) que golpea oxígeno en reposo. Las cifras expresan la energía desde marcos de referencia distintos.
La medición caracteriza esa interacción inicial. El desarrollo completo de la lluvia atmosférica sigue calculándose mediante simulaciones.
Ningún modelo describe bien todos los resultados
Las diferencias dependen de qué se mida. Angantyr reprodujo la distribución angular dentro de las incertidumbres experimentales, pero subestimó aproximadamente por un factor de diez la frecuencia de los sucesos con más partículas. QGSJET III la sobreestimó en una magnitud similar, según el artículo.
Una explicación técnica del CERN señala que estos modelos se habían ajustado con datos de choques entre protones y de protones contra núcleos de plomo, pero daban predicciones diferentes al extrapolar al oxígeno. El nuevo conjunto permite contrastar esas extrapolaciones con mediciones directas.
ATLAS propone usar los resultados para reajustar los modelos de interacción. Ese paso proporciona una base experimental más precisa a las simulaciones con las que los observatorios reconstruyen los rayos cósmicos a partir de sus cascadas.
