La Radiazione Cosmica e

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1 La Radiazione Cosmica e G. Di Sciascio Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Roma Tor Vergata disciascio@roma2.infn.it

2 Nel tempo impiegato a leggere questa frase di vario tipo che dalle profondità del cosmo entrano nella nostra atmosfera interagendo con essa. 2

3 I raggi cosmici sono particelle cariche molto energetiche che bombardano continuamente la Terra da ogni direzione. su ogni metro quadrato particelle ogni secondo!!! maggior parte dei raggi cosmici. 3

4 Le domande importanti 1. Cosa sono esattamente i Raggi Cosmici? 2. Da dove provengono? 3. Come sono prodotti? 4. la loro energia? 5. Come si studiano? 4

5 Quali particelle formano i R.C.? I Raggi Cosmici sono nuclei di atomi di materia ordinaria: elettrone ~ 90 % Idrogeno ~ 9 % Elio ~ 1 % tutti gli altri nuclei nucleo (protoni + neutroni) Idrogeno. Il suo nucleo é costituito da un protone. 5

6 Sono la principale fonte di materiale extra-terrestre, quindi: sperimentali che permettono di formulare modelli sulla. Consentono di indagare Inoltre, negli urti ad altissima energia delle particelle le interazioni tra particelle elementari ad energie non raggiungibili con gli acceleratori. 6

7 Fotoni Raggi Cosmici Neutrini Onde Gravitazionali Fondamentali nella nostra Galassia Prodotti nelle esplosioni stellari Non ancora osservate direttamente rivelare contemporaneamente i diversi messaggeri!! 7

8 Lo Spettro Elettromagnetico 8

9 Differenti immagini della Nebulosa del Granchio Pulsar Radio I nfrarosso Ottico Raggi - X 9

10 10 11 Stelle per Galassie 10

11 Insieme di Stelle, Gas e Polveri tenute insieme dalla Gravità km 11

12 La morte di una stella Le stelle piú grandi finiscono la loro vita con una spettacolare esplosione e diventano Supernovae Stella di piccola massa Stella di grande massa Puff! Bang! Nana bianca (Sole) Stella di neutroni Stella di grandissima massa Bang! Buco Nero La sorte di una stella dipende dalla sua massa. 12

13 Resti di Supernova 13

14 Supernovae: acceleratori di Raggi Cosmici? fino al Ferro) prodotti nel corso della vita delle Stelle. Queste particelle sono i Raggi Cosmici I R.C. sono un che permea tutta la Galassia. Galassia = che confina i R.C. per milioni di anni R E Z B Il Sistema Solare si muove in questo gas. 1 parsec = 3.2 anni-luce = km 14

15 Come si rivelano i Raggi Cosmici? Dallo spazio 1. Esperimenti su pallone o satellite Da Terra 2 Telescopi Cerenkov 3 Apparati di sciame 15

16 Ricerche con palloni G. Di Sciascio, INFN - Roma TorVergata 16

17 Ricerche con satelliti G. Di Sciascio, INFN - Roma TorVergata 17

18 Ricerche nello spazio G. Di Sciascio, INFN - Roma TorVergata 18

19 Rivelazione di Fotoni di altissima energia HEGRA (Isole Canarie) HESS (Namibia) 19

20 Plateau Rosa, 3505 m Fondato dal CNR nel 1947 G. Di Sciascio, INFN - Roma TorVergata 20

21 Campo Imperatore Gran Sasso Altopiano, 2000 m Esperimento EAS-TOP ( ) 21

22 EAS-TOP sotto la neve 22

23 EAS-TOP sotto la neve rivelatori 23

24 Chacaltaya, Bolivia m Il più alto laboratorio del mondo! 24

25 Yangbajing, Tibet 4300 m Rivelazione di Raggi Cosmici Tibet AS ARGO 25

26 Laboratorio ARGO Rivelatore 26

27 I Raggi Cosmici sono una delle principali componenti -terrestre che giunge sulla Terra Galassia per milioni di anni oggetti astrofisici che lo popolano Le stelle di grande massa muoiono con una potentissima esplosione: la SuperNova Le SuperNovae sono probabilmente il sito di produzione ed accelerazione della Radiazione Cosmica di alta energia 27

28 Il primo seme nella scoperta dei raggi cosmici fu Elettrostatica: studio di quei fenomeni elettrici che vengono prodotti nello spazio o nei corpi che vi sono immersi dalle cariche elettriche libere, positive e negative, che si trovano disgiunte fra loro e in stato di equilibrio statico sui corpi comunque elettrizzati. Già i greci avevano notato che l'ambra gialla, in greco "élektron", se sfregata, acquistava la capacità di attrarre piccoli pezzettini di paglia. 28

29 cariche elettriche e determinarne il segno. Consiste di un asta metallica con 2 sottilissime collocata in un contenitore trasparente ed contenitore e termina con una sfera. Se alla sfera si avvicina un corpo elettrizzato, le foglioline si caricano per induzione con cariche dello stesso segno e quindi si separano, respingendosi tra loro. 29

30 Il segnale negli elettroscopi non è mai esattamente nullo anche in assenza di sorgenti e con rivelatore totalmente schermato! 3 vengono generati circa 13 ioni. Vediamo se le cause note di questa Domenico Pacini ( ) Radioattività dalla Terra? crosta terrestre. Con un elettrometro Pacini dal 1907 al 1912 affrontò 3 problemi: 1. misure di conducibilità al suolo 2. misure di conducibilità sulla superficie del mare 3. misure di conducibilità sotto la superficie del mare 30

31 Il contributo di Pacini Circa 100 anni fa Pacini realizzò un esperimento che influenzò la successiva scoperta dei Raggi Cosmici. In questo esperimento una misura di ionizzazione realizzata nel Mar Tirreno, alla profondità di 3 metri Pacini, 1907, indipendentemente dalle sostanze del Wigand,

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33 Padre Theodore Wulf nel 1910 salì sulla Torre Eiffel (300 m). Scoprì con stupore che il segnale non era diminuito come atteso. Gockel nel 1910 con un pallone aerostatico salì fino a 4000 m Hess e Kolhorster ( ) in pallone fecero misure fino a 9 km 33

34 Il settimo volo di Hess su pallone aerostatico fu effettuato ad Aussig (Boemia) alle 6.12 del 7 Agosto 1912 Berlino, alle Sensibile a e 34

35 HESS: o presumere che a grandi altezze sia presente una materia finora sconosciuta o che esista una sorgente extraterrestre di radiazione penetrante Hess subito dopo il 7 volo Millikan (ma non solo lui) avanzò dubbi da Hess e Kohlhorster Misure in profondità, 35

36 radiazione penetrante di origine extraterrestre. Fu proprio Millikan a chiamare queste particelle. Nel 1936 Victor Hess ricevette il Premio Nobel per la Fisica con questa motivazione scoprì la sorprendente presenza di radiazione proveniente dalle profondità dello spazio La presenza di questa radiazione ci pone nuovi, importanti problemi circa la formazione e la distruzione della materia, problemi che aprono nuovi campi di ricerca 36

37 I Raggi Cosmici sono i primi acceleratori di particelle 37

38 La Fisica Astroparticellare Raggi Cosmici Particelle Elementari Astrofisica Macrocosmo Microcosmo (inform. sulle particelle elementari e le loro interazioni). 38

39 I Raggi Cosmici sono una delle principali componenti -terrestre oggetti astrofisici che lo popolano Vengono studiati con differenti rivelatori posti sia su palloni o Nonostante siano passati quasi 100 anni dalla loro scoperta le domande fondamentali (origine, propagazione, natura) non hanno ancora risposte certe Macrocosmo (astrofisica) con il Microcosmo (particelle elementari): FISICA ASTROPARTICELLARE 39

40 Radiazione Cosmica è possibile scoprire aspetti e strutture altrimenti invisibili. non nel cercare nuove terre, ma nel Marcel Proust ( ) 40

41 Astronomia del XXI secolo Raggi Cosmici di altissima energia Astronomia Gamma Astronomia dei Neutrini Onde Gravitazionali 41

42 Numerosi esperimenti per lo studio della Radiazione Cosmica sono Raggi Cosmici Astronomia Gamma Neutrini Onde Gravitazionali Cream Agile LVD Virgo AMS-2 Pamela Glast Magic Nemo Antenne Criogeniche Auger Argo 42

43 Steven Weinberg: Martin Rees: Lawrence Krauss: Raffaello Cortina Editore. Franco Foresta Martin: Fernando de Felice Bruno Mondadori Editore. C. Castagnoli e O. Morra: sottoroccia dal 1905 ad oggi (1994)