osservati raggi cosmici di altissima energia

Documenti analoghi
Fisica Nucleare e Subnucleare II Lezioni n. 7, 8

Fisica Nucleare e Subnucleare II

Motivazioni per l Astronomia con neutrini

Fisica Nucleare e Subnucleare II

Attività sperimentali di fisica astroparticellare presso laboratori INFN e INAF

Fisica Nucleare e Subnucleare II. Lezioni n. 24/25. Tenuta dal Prof. Fabrizio Lucarelli. Rivelazione di neutrini astrofisici con E > ev

La Fisica nello Spazio: Astroparticelle

AugerPrime: il potenziamento dell'osservatorio Pierre Auger

Progetto di Ricerca. Studio della tecnica acustica per la rivelazione di neutrini astrofisici di alta energia in telescopi sottomarini

Raggi cosmici. - Particelle cariche stabili che incidono sull alta atmosfera

Le stelle e i neutrini

Sommario. 1. I Raggi Cosmici Alcuni effetti dei RC sulla vita quotidiana. i. Generalità e prime osservazioni ii. iii.

} Materia/Antimateria

La Fisica Astro-Particellare

Fisica ed Astrofisica dei Raggi Cosmici. II parte 18 febbraio 2010 prof. Mariagrazia Fabbri

I Raggi Cosmici alle energie estreme dallo spazio (Cosmic ray at extreme energy from space)

MAGIC...una finestra sull'universo. seconda parte

0.1 Introduzione... 1

Cosmic Rays at Extreme Energies The Pierre Auger Observatory

Ricostruzione di tracce in un telescopio erenkov sottomarino per neutrini astrofisici di alta energia

Indicazioni sulla distanza dei blazar da osservazioni gamma ad alta energia

Raggi Cosmici: diario di un viaggio tra astrofisica e fisica delle particelle

Diario di un viaggio cosmico tra astrofisica e fisica delle particelle

Astrofisica e particelle elementari

Lezione n.4 I raggi cosmici. Corso di Introduzione all astrofisica (III parte) Anno accademico Barbara Caccianiga

Lezione n.6 I raggi cosmici. Corso di Introduzione all astrofisica (III parte) Anno accademico Barbara Caccianiga

Sistemi di coordinate[1]

I raggi cosmici Parte 1. Corso di Introduzione all astrofisica Anno accademico Alessandra Carlotta Re

Luciano Maiani, AA I Raggi Cosmici. 2

Telescopi per neutrini

I Raggi Cosmici. presentazione di. Fabio Manniti

Il neutrino e la materia oscura: fra curiosità e precarietà. Gianfranca De Rosa Dip. di Scienze Fisiche & INFN

Studi di Astrofisica delle Alte Energie: WP15300: Nuove missioni. Raggi Cosmici. B.Bertucci Univ & INFN Perugia

103 CONGRESSO DELLA SOCIETÀ ITALIANA DI FISICA Settembre 2017

Ciao, Florian. DeAngelis - INFN Ott08 1

FISICA delle "AstroParticelle" e Fisica del Neutrino

Rivelazione di neutrini astrofisici

Cosa sono i raggi cosmici (CR)?

Raggi cosmici. Introduzione

INFN-GE - Aprile 2014

Cosmic-ray energy spectrum. TRACER Balloon Flight Mc Murdo, Antarctica Dec. 12 th 26 th, g/cm 2

L esperimento KASCADE-Grande: caratteristiche dell apparato e primi risultati

Raggi cosmici e interazioni adroniche

Effetto Cherenkov - 1

Astrofisica e particelle elementari

COMPOSIZIONE dei RAGGI COSMICI

Capitolo 1. I Raggi Cosmici. Caratterizzazione dei raggi cosmici. Esperimenti per la rivelazione di raggi cosmici Neutrino- Astronomia

La nuova Fisica. Ora siamo qui. E.x=h

GLAST-LAT: risultati delle calibrazioni su fascio

Stima di flussi di neutrini di alta energia, da sorgenti astrofisiche extragalattiche, misurabili con il telescopio Cherenkov sottomarino ANTARES.

Visita ai Laboratori dell INFN Gennaio 2014 Laboratori Nazionali del Gran Sasso

A3 Personale Dipartimento di Fisica (Professori e Ricercatori)

Astrofisica e particelle elementari

The CALorimetric Electron Telescope (CALET) space experiment for the direct measurement of high energy electrons in cosmic rays.

I raggi cosmici: raggi gamma e neutrini. Corso di Introduzione all astrofisica (III parte) Anno accademico Barbara Caccianiga

Very High Energy Gamma Ray Astronomy

Università degli Studi di Milano. Percorsi della laurea Magistrale in Fisica

Capitolo 1. I Raggi Cosmici. 1.1 La composizione chimica

Esperimento AUGER: status e primi risultati

LA FISICA DI LHCf L APPARATO SPERIMENTALE IL POSSIBILE CONTRIBUTO DI FIRENZE

Passato presente futuro

I raggi cosmici. Corso di Introduzione all astrofisica (III parte) Anno accademico Barbara Caccianiga

Fisica delle AstroParticelle. Aldo Morselli INFN Roma 2 e Dipartimento di Fisica Università di Roma "Tor Vergata"

GLI ACCELERATORI DI PARTICELLE

Search for Hidden Particles (SHiP)

0.1 Introduzione... 1

Visita ai Laboratori dell INFN Gennaio 2019 Laboratori Nazionali del Gran Sasso

Università degli Studi di Roma La Sapienza

High Energy Neutrino Astrophysics

Neutrini in profondità

Analisi dati EEE F. Noferini Collaborazione EEE Project 30/11/2016 1

07b - Principi di Astrofisica Buchi Neri nei nuclei galattici

Gli acceleratori e i rivelatori di particelle

Introduzione all astrofisica gamma

dell Universo Polarizzazione del Fondo a Microonde N. Mandolesi and COFIS WP2300 Studi di Osservazione dell'universo N.Mandolesi

Raggi Cosmici. Messaggeri dallo Spazio profondo

La Sezione di Padova dell INFN

High Energy Astrophysics

FISICA e TECNOLOGIA per un telescopio sottomarino di 1 Km3 nel mediterraneo per lo studio dei neutrini cosmici.

Il Progetto Pierre Auger

MAGIC, una finestra sull Universo. Francesco de Sabata Liceo G. Galilei Verona, F. de I.N.F.N. Sabata, CF2010 Udine/Trieste, MAGIC collab.

Astrofisica e particelle elementari

Astronomia con neutrini di alta energia in un contesto multimessenger

Cap. 1 Raggi cosmici. 1.1 La scoperta dei raggi cosmici.

REALIZZAZIONE DEL MODULO OTTICO DIREZIONALE PER IL TELESCOPIO DI NEUTRINI NEMO

Astrofisica e particelle elementari

IL RIVELATORE DI FLUORESCENZA (test sull elettronica di front-end)

Lecture Slides will be available at: didattica_fisica/cosmic_rays1718/

ORIGINE DEI RAGGI COSMICI E MATERIA OSCURA

A5 Personale strutturato ricercatore o tecnologo altri enti convenzionati D.Campana (INFN), G.Osteria (INFN)

Telescopi di neutrini. Heide Costantini

B8 Principi di Astrofisica Radio-loud AGNs

Introduzione alla Fisica di EEE plus

Studio della radiazione cosmica di altissima energia con l esperimento Auger

Il Progetto Extreme Energy Events La Scienza nelle Scuole Fisica delle Particelle e Raggi Cosmici

Università degli Studi di Napoli Federico II

I Raggi Cosmici di Alta Energia. G.Battistoni INFN Sezione di Milano

Transcript:

osservati raggi cosmici di altissima energia protoni e gamma di altissima energia Gamma Ray Burst origine galattica origine extragalattica origine sconosciuta 10 20 ev! 17 Joules Dati AGASA (1999) Raggi cosmici: protoni, altre particelle cariche, radiazione elettromagnetica, neutrini Cut-off aspettato dovuto all effetto GZK

The AGASA Telescope Array, HI-RES and Auger experiments reported about the flux of HECR with E> 10 18 ev AUGER Greisen and Zatsepin and Kuzmin independently pointed out that this radiation would make space opaque to cosmic rays of very high energy (GZK mechanism). This limitation implies that the sources for these extremely high energy particles need to be less than about 50Mpc from the earth.particles with energies in this range are expected to be deflected very little by magnetic fields within or beyond the galaxy. Yet none of these high energy cosmic rays points back to a possible known source.

quali acceleratori possono fornire tali High Energy C.R.? E chiaro che l Universo è sede di eventi con emissione di elevatissima energia E>10 47 Joules (GRB, AGN) Tuttavia non si è ancora elaborata una spiegazione coerente dei fenomeni osservati Bisogna cercare le sorgenti di tali emissioni e studiare i processi di accelerazione delle particelle osservate

e quali particelle possono dall Universo estremo arrivare a noi? i protoni e i raggi gamma possono essere assorbiti o deviati dalla materia e dalla radiazione interstellare, ad alte energie l effetto GZK i neutrini interagiscono solo debolmente e permettono di osservare l Universo lontano protoni E>10 19 ev (10 Mpc) acceleratore cosmico neutrini raggi gamma (0.01-1 Mpc) protoni E<10 19 ev particelle di energia > 10 17 ev 1 parsec (pc) = 3.26 anni luce (ly)

Chi potra in futuro fornire la risposta al problema? 1000000 OWL Integrated Aperture (km^2*str*year) 100000 10000 1000 Fly'e Eye AGASA HiRes Auger EUSO TA 100 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 Year ma gia oggi HIRes ha una apertura 10 volte maggiore di AGASA e dovrebbe vedere piu eventi. il progetto Pierre Auger molto presto dovrebbe verificare l esistenza di eventi con E > 10 20 ev!

Greisen Zatsepin Kuzmin effect Particles lose energy on background particles protons p + " 3 K # $ # % + N E p > 3 10 19 ev photons " + " 3 K # e - + e + E " > 10 15 ev neutrinos & + & 2 K # W/Z + X E & > 4 10 22 ev

The Greisen Zatsepin - K uzmin (GZK) cutoff (1) Nucleons propagation in the Universe: p+ " CMBR!! +! p + % 0! n + % + Per T = 2.725 K (present day CMBR temperature) <E CMBR >! 6.62"10-4 ev, invece di prendere <E CMBR > consideriamo fotoni CMBR piu energetici : s out = m p + m " E " ~1.4 "10-3 ev ( ) 2 ( ) 2 # ( p r p + q r CMBR ) 2 = E 2 2 p + E CMBR s in = E p + E CMBR + 2E p E CMBR # p 2 2 p # q CMBR s in = E p 2 # p p 2 + 2E p E CMBR # 2 r p p $ r q CMBR cos(%) & m p 2 + 2E p E CMBR 1# cos(%) ( ) # 2 r p p $ r q CMBR cos(%) la condizione di produzione della risonanza ' + richiede s in ( ( m p + m " ) 2 m 2 p + 2E p E CMBR ( 1# cos(%) ) ( m 2 p + m 2 " + 2m p m " per % = " ) 1# cos(%) = 2 E p ( 2m m + m 2 p " " = 4E CMBR 2$ 938 $10 6 $140$10 6 + ( 140 $10 6 ) 2 4 $1.4 $10 #3 & 5.0 $10 19 ev = 50EeV ~ 8J

* The radiation has very low temperature: T ~ 2.7 Kelvins. * The spectrum of the radiation is welldescribed by a blackbody spectrum. * The radiation is isotropic, i.e., it is very close to the same temperature all across the sky -- temperature differences of < 0.004 % on angular scales of 7 degrees (excluding a well-known 0.12 % variation known as the dipole anisotropy). * The temperature over the sky, although very smooth does exhibit structure. General Properties of the CMBR Per T = 2.725 K (present day CBR temperature) kt=(8.617 "10-5 ev/k) " 2.725 K = 2.35"10-4 ev But: E peak =2.70 * k* 2.725 =6.34"10-4 ev E mean =2.82 * k* 2.725 =6.62"10-4 ev Assumiamo per i fotoni piu energetici E " ~1.4 "10-3 ev

Anche i fotoni hanno un percorso limitato Interagendo sia con la radiazione CMBR che con la radiazione Infrarossa photons: pair production " HighEnergy " CMBR # e + e $ E " # m 2 e $ 1012 ev 2 E CMBR 1.4 %10 $ 0.7 &3 %1015 ev regeneration via Inverse Compton Scattering but at lower energy (EGRET observations) '(1/E" heavy nuclei: loose ~4 nucleons/mpc

Radiazione infrarossa cosmica ~ 4 * 10-3 ev ~ 4 ev

The GZK cutoff N% production $ resonance Proton attenuation length ' N" p n L =! ( $ # ) N& CMBR % 1 ( % 3 130 b 410cm )% 1 µ "! 6Mpc

The GZK cutoff 3C279 (z=0.5) Mrk 421 Mrk 510 (z=0.05) " observed from extragalactic sources only up to TeV energies UHE protons and gammas are strongly attenuated in the Universe AGASA and Fly s Eye 10 20 ev events analysis has not conducted to source identification. Galactic radius Only UHE neutrinos could be detected from far Universe

UHECR: angular distribution E>10 19 ev AGASA data are consistent with isotropic distribution of sources E>4 10 19 ev Equatorial coordinates

Brief History of Neutrino astronomy 1960 Markov introduces the idea (Proc. of the 1960 Int. Conf. on HE Physics, Rochester) First estimates on -diffuse flux by cosmic rays in Galaxy (Greisen, Ann. Rev. Nucl. Science 10 (1960) 1) -and of HE flux from Crab (Bahcall and Frautchi, PR 135 (1964) 788) 1976 First Workshop on DUMAND, the first project of a giant underwater detector 1970-1980 Operation of first generation detectors 1996 First neutrinos in the Baikal and AMANDA experiments. Work in progress and R&D towards a km 3 detector 1998 Start of the Italian R&D INFN project Neutrino Mediteranean Observatory 2000 Construction in the Mediterranean of the 0.1 km 2 ANTARES (with italian partecipation)

Motivazioni per l Astronomia con neutrini Strumenti per l osservazione dell Universo: fotoni, protoni con E! 10 19 ev e neutrini neutrini sono meno assorbiti dei fotoni fotoni (produzione di coppie e + e - di fotoni di 10 12 ev (TeV) con fondo di fotoni InfraRosso, di fotoni di 10 15 ev (PeV) con fondo CMBR (microonde), di fotoni di 10 18 ev (EeV) con fondo radio protoni UHE (fotoproduzione di pioni su MW background (CMBR) =) per E p! 5 10 19 ev (GZK cut-off nello spettro dei raggi cosmici: Protoni non possono arrivare a noi da piu di 30 Mpc) L esistenza di neutrini di alta energia (E! 100 GeV) in sorgenti astrofisiche non e ancora stata provata : la prova sara un significativo eccesso di neutrini sul fondo di neutrini atmosferici in rivelatori sotterranei, sottomarini o nel ghiaccio polare Un indizio importante : l osservazione di sorgenti with E! 10 TeV (spiegata con accelerazione di protoni e successiva interazione ad energie non raggiungibili per fotoni prodotti da elettroni accelerati con successiva interazione di Compton-Inverso su fotoni emessi per radiazione di sincrotrone nel campo magnetico. Neutrini astrofisici potrebbero essere prodotti nella interazione Proton beam dump

Telescopi per neutrini -Baikal -AMANDA -ICECUBE -ANTARES -NESTOR -NEMO -KM3NeT