Cientistas da colaboração ATLAS no Grande Colisor de Hádrons (LHC), situado em Genebra, na Suíça, colidiram feixes de prótons e núcleos de oxigênio a 9,62 TeV para reproduzir as cascatas de partículas que atingem a atmosfera da Terra. O experimento revelou que todos os modelos teóricos e computacionais existentes usados pela comunidade científica para prever a produção de partículas em chuveiros de raios cósmicos apresentavam imprecisões em comparação com as medições reais de laboratório.
Os pesquisadores chegaram a essa conclusão após analisar 246 milhões de colisões selecionadas no detector ATLAS e reconstruir mais de 5,11 bilhões de trajetórias de partículas secundárias. “Os resultados são realmente especiais, pois esses dados são únicos e, em nossas medições, conseguimos demonstrar que nossos modelos anteriores para esse tipo de interação são, na verdade, muito imprecisos”, afirmou Cigdem Issever, professora e física da Universidade Humboldt de Berlim e pesquisadora do instituto DESY.
Colisões a 9,62 TeV simulam impacto de raios cósmicos de supernovas no oxigênio
A experiência marcou a primeira vez em que feixes de oxigênio foram injetados no LHC para colisão contra prótons, recriando o choque físico exato que ocorre quando raios cósmicos de alta energia encontram a camada atmosférica terrestre. Diferente do vento solar comum de baixa energia que entra no campo magnético e gera auroras polares, os raios cósmicos simulados na Suíça têm origem em eventos extremos do cosmos, como estrelas que explodem em supernovas, acumulando cargas energéticas 1 milhão de vezes superiores às partículas emitidas pelo Sol.
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Jesse Liu, professor assistente de física na Universidade de Nova York (NYU) e autor principal da análise na colaboração ATLAS, destacou a relevância de registrar o fenômeno diretamente em acelerador. “Chuveiros atmosféricos de raios cósmicos são jatos de partículas caindo do alto do céu”, explicou o físico, em tradução livre. O cientista informou que os pesquisadores agora possuem uma compreensão melhor sobre como partículas vindas de objetos mais exóticos do que o Sol interagem com a atmosfera terrestre.
ATLAS registra precisão dez vezes superior aos modelos teóricos anteriores
O monitoramento do experimento ocorreu em alta cadência instrumental, com os sistemas do detector registrando até 40 milhões de colisões de prótons por segundo para identificar a dispersão dos fragmentos atômicos. As medições das taxas de interação, chamadas tecnicamente de seção de choque entre próton e oxigênio e entre próton e ar, atingiram uma margem de precisão dez vezes superior às incertezas acumuladas nos modelos computacionais prévios que tentavam prever esse comportamento na atmosfera.
Com o detalhamento das 5,11 bilhões de trajetórias secundárias geradas nas colisões atômicas, os físicos passaram a contar com referências reais de laboratório para calibrar teorias de física de partículas. “Esses novos resultados aprimoram significativamente nosso conhecimento dessas interações subatômicas e nos ajudarão a explorar ainda mais a natureza das partículas cósmicas que caem do céu”, declarou Jesse Liu, também em tradução livre. O professor complementou: “Ao avançar nosso conhecimento sobre colisões cósmicas de alta energia na atmosfera da Terra, demos mais um passo para desvendar os muitos mistérios do nosso universo”.
Dados quantitativos e datas das publicações científicas do LHC
As etapas de divulgação científica e os parâmetros operacionais reunidos pela colaboração internacional do CERN detalham a amplitude da análise realizada no acelerador:
- Energia de colisão: 9,62 TeV de centro de massa por par de núcleons.
- Colisões analisadas: 246 milhões de eventos selecionados pelos detectores.
- Trajetórias rastreadas: 5,11 bilhões de partículas secundárias reconstruídas.
- Capacidade de detecção: monitoramento de até 40 milhões de colisões por segundo.
- 8 de abril de 2026: divulgação do estudo prévio na conferência SM@LHC e no repositório arXiv.
- 14 de setembro de 2026: publicação formal no periódico científico Physical Review Letters e anúncio da Universidade de Nova York.
- 21 de setembro de 2026: publicação de análise técnica com pesquisadores na revista especializada Physics World.
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Cascatas atmosféricas de píons e múons desafiam observatórios terrestres
Quando um raio cósmico de ultra-alta energia atinge a atmosfera superior, a colisão violenta desencadeia cascatas atmosféricas que geram bilhões de partículas secundárias, com destaque para partículas subatômicas conhecidas como píons e múons. O estudo direto desses raios cósmicos na borda do espaço representa um desafio logístico para os cientistas em decorrência da raridade do fenômeno, já que apenas cerca de uma partícula dessa magnitude atinge a extensão de um quilômetro quadrado na superfície da Terra a cada século.
Em virtude dessa baixa frequência de incidência, centros de pesquisa em terra dependem exclusivamente de observatórios indiretos espalhados pelo solo para medir a chuva de partículas secundárias e, a partir dela, estimar as propriedades originais da partícula cósmica primária. O astrofísico Karl-Heinz Kampert, da Universidade de Wuppertal, na Alemanha, atua como especialista independente no estudo desses fluxos de astropartículas, área em que os novos números de seção de choque fornecidos pelo LHC devem balizar a física de altas energias.
Recalibração de telescópios como o Pierre Auger ainda não tem data confirmada
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Apesar da validação dos dados experimentais obtidos no CERN e de sua publicação formal em 14 de setembro de 2026, ainda não está confirmado o cronograma exato em que os grandes observatórios terrestres de raios cósmicos, entre os quais o Observatório Pierre Auger, recalibrarão seus algoritmos com os novos números de seção de choque obtidos no detector ATLAS. A equipe internacional de cientistas mantém os parâmetros disponíveis para que os modelos de transporte de partículas cósmicas na atmosfera passem por revisões graduais nos centros de pesquisa globais.