In seguito a queste osservazioni furono effettuati studi ed esperimenti sul Sole in quanto indicato come causa principale dell extra-ionizzazione

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1 I raggi cosmici (RC) sono principalmente fasci di protoni, particelle alfa, elettroni, nuclei atomici (fino al ferro), γ-rayse neutrini ad alta energia (fino a ev) provenienti dallo spazio interstellare. Sono stati scoperti nel 1912 quando l unica particella nota era l elettrone, e NielsBohrnon aveva ancora presentato la sua teoria atomica. Victor Hessosservò che la conduttivitàelettrica dell atmosfera terrestre poteva essere attribuita a fenomeni di ionizzazione causati dall interazione con una radiazione energetica inoltre, osservò che la ionizzazione dei gas atmosferici aumentava all aumentare dell altitudine, quindi, ne dedusse che la radiazione responsabile della ionizzazione doveva essere di origine extraterrestre. 1

2 In seguito a queste osservazioni furono effettuati studi ed esperimenti sul Sole in quanto indicato come causa principale dell extra-ionizzazione dell atmosfera terrestre. Nelle fasi attive il Sole emette R.C. di bassa energia, ma questi eventi sono poco frequenti per spiegare la gran quantitàdi R.C. rivelati. Altre teorie suggeriscono che i R.C. provengano dalle stelle binarie X come CygnusX-3. 2

3 Abbondanza degli elementi barre = sistema solare linea = raggi cosmici

4 Introduciamo alcune definizioni: Spettro differenziale : Spettro integrale: Intensità differenziale del flusso: 4

5 Ricordiamo: Data una carica elettrica puntiforme qin moto con velocitàv in una regione caratterizzata dalla presenza di un campo di induzione magnetica B, sulla suddetta carica agiràuna forza F l detta Forza di Lorentz, secondo la seguente formula: Le particelle costituenti i R.C. sono cariche, quindi, influenzate dal campo magnetico B. Un flusso di particelle cariche possiede una rigiditàmagnetica (momento magnetico /carica unitaria). Se la rigidità magnetica è alta il flusso riesce ad attraversare il campo magnetico, inoltre, le particelle seguiranno una traiettoria curva il cui raggio èquello di Larmor: 5

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7 In prossimitàdell atmosfera terrestre, la radiazione cosmica incidente (detta primaria) durante l attraversamento dell atmosfera terrestre perde energia e cambia la sua composizione interagendo (con processi forti, elettromagnetici e deboli ) con i nuclei atomici delle molecole d aria: vengono prodotti cosìsciami aerei di particelle (EAS -ExtendedAir Shower) che vengono indicati come radiazione cosmica secondaria. 7

8 Osserviamo i particolari che ci interessano della cascata, e cioè i processi di decadimento della componente muonicaed elettromagnetica, dai quali si producono i pioni i quali produrranno i muoni che ci interessano Il tempo di vita medio di π 0 è: 8,4 * s Il tempo di vita medio di π + /π - è: 2,6 * 10-8 s 8

9 Km 1. Gli EAS man mano che si propagano nell atmosfera aumentano il numero delle particelle secondarie fino a raggiungere un massimo. 2. Nel prosieguo dello sviluppo l energia delle particelle secondarie si fa sempre minore e cominciano i processi di assorbimento che ne riducono la dimensione. 3. Se l energia del primario non èsufficientemente alta lo sciame può essere riassorbito completamente prima di giungere al suolo. 7 Km 9

10 Lo spettro energetico dei muoni allo zenit è stato misurato entro un ampio range di energia (0,2 1000) GeV/c, effettuando misure indipendenti in differenti sottorange energetici. In figura vengono riportati i risultati sperimentali per lo spettro differenziale e per lo spettro integrale dei muoni allo zenit ed al livello del mare. 10

11 Fotorivelatoria scintillazione Materiali che producono scintillazione al passaggio di una particella ionizzante Fotoni sono trasmessi attraverso la guida di luce al PMT Il PMT converte i fotoni in segnale elettrico e lo amplifica

12 FOTOMOLTIPLICATORE Hamamatsu R Dispositivo che converte un segnale luminoso in ingresso in un segnale elettrico di uscita E costituito da un tubo sottovuoto al cui interno trovano posto: - FOTOCATODO : materiale fotosensibile con efficienza quantica da massimizzare - ELETTRODO FOCALIZZANTE : per convogliare gli elettroni - DINODI : per la moltiplicazione a cascata del segnale Rise Time 48 ns - ANODO : da cui viene prelevato il segnale di uscita Transit time spread 5,8 ns 12

13 STRUMENTAZIONE ELETTRONICA L apparato elettronico è costituito da diversi moduli alloggiati in due contenitori metallici chiamati crate Il primo èun cratenim provvisto di 12 slot alimentati da 6 tensioni in continua (±6V, ±12V, ±24V) -Modulo di ritardo /CAEN DualDelayN 108) : strumento costituito da due sezioni distinte che forniscono in uscita il segnale di ingresso ritardato di una quantitàcompresa tra 3,5 e 35 ns regolabile manualmente a passi do 0,5 ns -DualTimer(CAEN mod. 225b) : dispositivo che consente di impostare ritardi compresi tra pochi nse 8 10 qualche secondo. Ha un ingresso e due uscite denominate OUT e ENDMARKER. La prima fornisce un segnale NIM simultaneo al segnale di entrata e di durata regolabile. La seconda restituisce un segnale ritardato, rispetto a quello di ingresso, del valore impostato -Discriminatore(CAEN mod canali) : strumento che fornisce in uscita un segnale logico NIM solo se il segnale di ingresso supera una certa soglia. 2 uscite parallele e 1 uscita negata -Modulo di coincidenza (AND INFN-NA) : porta AND che compara due segnali NIM e, se si sovrappongono di almeno il 50 %, genera in uscita un segnale NIM -Scaler(CAEN mod. 45) : consente di contare gli impulsi NIM in ingresso. Ha 4 display ciascuno con un limite massimo di conteggio pari a Standard NIM 0 -> V = 0mV; 1 -> V = -700mV I collegamenti tra i moduli vengono realizzati tramite cavi coassiali: impedenza caratteristica -Translator: dispositivo in grado di eseguire la conversione di 50Ω; NIM/ECL o ECL/NIM di un segnale 13 ritardo di 5 ns/m.

14 DISTRIBUZIONE ANGOLARE angolo zenitale t=22ns 10 cm -Misurate le coincidenze doppie al variare dell angolo zenitale - Ci aspettiamo che il rate di coincidenze doppie casuali (rumore) sia piccolo: r 2r r t Per massimizzare l efficienza di selezione del segnale èstata scelta un alta tensione di alimentazione e una bassa soglia di discriminazione 14

15 Distribuzione angolare muoni Distribuzione angolare muoni rate (Hz) rate (Hz) DISTRIBUZIONE ANGOLARE: FIT χ 2 2 / ndf / 8 χ / ndf / 8 Prob Prob p ± p ± f ( t) = I(0 )cos ( 2 θ ) teta (radianti) 1 teta (radianti) - I dati sono distribuiti secondo la distribuzione attesa 15