LA CASCATA ELETTROMAGNETICA

Presentazione sul tema: "LA CASCATA ELETTROMAGNETICA"— Transcript della presentazione:

1 LA CASCATA ELETTROMAGNETICA
Luisa Bonolis Scuola di Storia della fisica A.I.F

2 BIBLIOGRAFIA B. Rossi - Raggi Cosmici L. Janossy - Raggi Cosmici
L. Leprince-Ringuet - I raggi cosmici (Prefazione E. Amaldi, traduzione M. Cini) Capitolo finale: Lo spirito collettivo di gruppo nella ricerca scientifica Vocazione scientifica Il maestro I ricercatori Assistenti tecnici

3 Una radiazione dallo spazio
“I risultati delle mie osservazioni sono spiegabili nel modo migliore assumendo che una radiazione di grande potere penetrante entri nella nostra atmosfera provenendo dall’alto”. (Victor F. Hess, Physikalische Zeitschrift, novembre 1912) Era l’inizio della fisica delle alte energie, che avrebbe rivelato l’esistenza di particelle di dimensioni subatomiche dotate di energie migliaia, milioni, miliardi, miliardi di miliardi di volte maggiori rispetto all’energia delle particelle emesse dalle sostanze radioattive reperibili sulla Terra. Per la prima volta i fisici avrebbero assistito alla creazione e distruzione di nuove particelle e nuove straordinarie prospettive si sarebbero aperte a livello microscopico, astrofisico e cosmologico.

4 “Raggi cosmici” Tra il 1923 e il 1926 lo scettico Millikan ripete gli esperimenti sia sott’acqua che in alta atmosfera, con tecniche sofisticate (palloni senza equipaggio, ottimi elettroscopi, registrazioni su pellicola). Tra la fine degli anni ‘20 e i primi anni ‘30 il fisico tedesco Erich Regener effettua misure con un grado di precisione senza precedenti, sia in acqua che negli strati più alti dell’atmosfera. Cadono anche gli ultimi dubbi di Millikan: effettivamente la radiazione scoperta da Hess sembra provenire dallo spazio esterno all’atmosfera terrestre. Per circa 16 anni dopo la scoperta di Hess, nessun tentativo serio fu fatto per comprendere la natura della radiazione da lui scoperta.

5 La situazione alla fine degli anni ‘20
Si ritiene che i mattoni costitutivi dei nuclei siano protoni ed elettroni Anche se la fondamentale distinzione tra particelle e onde è ormai rimessa completamente in discussione nell’ambito della meccanica quantistica, per comodità i fisici continuano a distinguere le “radiazioni” in due grandi gruppi: Corpuscolare: “raggi” beta, “raggi” alfa, “raggi” catodici (tutti dotati di una massa ben definita). Elettromagnetica: luce visibile, raggi infrarossi e ultravioletti, raggi X, raggi gamma emessi nei processi radioattivi. I fotoni della radiazione elettromagnetica non possiedono una massa finita e hanno origine sempre dal moto di cariche accelerate. Inoltre si distinguono l’uno dall’altro per la loro differenza in energia (dall’infrarosso ai gamma): i fotoni della luce visibile hanno energie dell’ordine di 10 eV, mentre le energie dei fotoni gamma sono dell’ordine dei MeV, come lo sono le energie delle particelle alfa e beta.

6 Ionizzazione da particelle
A partire dalla fine del XIX secolo era pratica corrente quella di individuare le radiazioni attraverso la loro proprietà di ionizzare i gas. Alla fine dei tardi anni ‘20 le modalità del processo erano ben comprese. Un fatto rilevante, se si pensa che per molto tempo questo fu l’unico sistema per lo studio della radiazione cosmica. Camera a nebbia di C.T.R.Wilson (1911) Quando il pistone viene tirato rapidamente, la mistura di vapore d’alcool e di gas contenuti nella camera si espande. La risultante diminuzione di temperatura è sufficiente a far condensare il vapore intorno a eventuali cariche presenti nel gas.

7 Tracce Per individuare le particelle queste devono attraversare la camera durante la fase di espansione. Se entrano troppo presto o troppo tardi rispetto all’espansione (tempi superiori a pochi millisecondi) tutto si vanifica. La camera resta sensibile per circa un centesimo di secondo. Particelle veloci con carica differente e differenti velocità producono tracce di densità diversa. A parità di velocità aumenta con la carica, a parità di carica diminuisce all’aumentare della velocità. Verso la fine degli anni ‘20 si riteneva in generale che tutte le particelle cariche perdessero la loro energia principalmente per ionizzazione nell’attraversare la materia.

8 Ionizzazione da fotoni
Anche i fotoni sono in grado di ionizzare i gas, un fenomeno che accade molto più di rado: mentre un elettrone da 2 MeV ionizza circa 50 molecole per ogni centimetro percorso in aria a una certa temperatura e pressione, un fotone della stessa energia deve viaggiare per una distanza media di 170 metri prima di riuscire a far saltare via un elettrone da una molecola per effetto Compton. I fotoni dei raggi cosmici sono dotati generalmente di energie molto superiori a quelle minime necessarie a produrre un evento del genere: vedono gli elettroni sostanzialmente come “elettroni liberi”, anche se questi ultimi fanno parte di un sistema atomico o molecolare.

9 Effetto Compton Quando un fascio di fotoni di alta energia attraversa un gas, il numero di molecole ionizzate come risultato delle collisioni Compton (A. H. Compton, 1923) è molto piccolo. Tuttavia, gli elettroni di rinculo prodotti trasportano con sé una considerevole frazione dell’energia del fotone incidente, sono quindi in grado di produrre un gran numero di ioni prima di “fermarsi”. In questo modo i fotoni ionizzano i gas indirettamente, attraverso i pochi elettroni secondari di alta velocità che riescono ad espellere dalle molecole del gas. Il vettore somma degli impulsi del fotone diffuso e dell’elettrone di rinculo è uguale all’impulso del fotone incidente.

10 Assorbimento e perdita di energia
“Raggi” corpuscolari e fotoni si comportano molto diversamente nel corso dei processi di assorbimento da parte della materia. Particelle di particelle di uguale massa, carica e energia cinetica iniziale saranno dotate di un range analogo (che dipende dalla natura e dall’energia iniziale e dall’assorbitore). Ciò che accade ai fotoni è invece largamente dominato dal caso. Dopo aver viaggiato per una certa distanza i fotoni del fascio incidente possono essere dotati di energie molto diverse. E’ possibile prevedere quindi soltanto un comportamento medio: possiamo dire che una certa frazione dei fotoni iniziali sarà scomparsa dopo aver attraversato una data massa di materia. Tale frazione dipende dallo spessore dell’assorbitore, dal materiale e dal valore dell’energia dei fotoni del fascio. Se si trova che a parità di spessore la frazione assorbita è il 10%, la curva di assorbimento, ottenuta riportando il numero dei fotoni sopravvissuti in funzione dello spessore dell’assorbitore, ha un andamento esponenziale.

11 Stato dell’arte nel 1929 I (x) = I0 e-mx
Si riteneva che il processo di ionizzazione (diretta o indiretta - via effetto Compton) fosse il meccanismo all’origine dell’assorbimento. Questa visione si basava su due importanti assunzioni: Le particelle cariche perdono energia soltanto per ionizzazione I fotoni perdono energia soltanto attraverso collisioni Compton I (x) = I0 e-mx

12 La natura dei raggi cosmici
Alla fine degli anni ‘20 la letteratura tedesca si riferiva ai raggi cosmici con il termine Ultragammastrahlung (radiazione ultra-gamma). Il motivo è facilmente comprensibile. A parte i raggi cosmici, la più penetrante radiazione conosciuta all’epoca erano i raggi gamma da sostanze radioattive. Il cammino libero medio dei fotoni gamma in aria risultava di centinaia di metri, mentre i raggi beta di energie confrontabili mostravano cammini di appena qualche metro e quelli delle particelle alfa erano addirittura inferiori. La teoria dell’effetto Compton era stata pubblicata nel 1929 da O. Klein e Y. Nishina. Calcoli teorici basati sull’assunzione che fotoni di alta energia fossero assorbiti prevalentemente attraverso collisioni Compton, prevedevano un aumento del cammino libero medio per energie crescenti. A conferma di tale previsione si era trovato sperimentalmente che i raggi gamma più energetici risultavano anche i più penetranti. Misure di assorbimento nell’atmosfera e in acqua avevano mostrato che la radiazione cosmica era più penetrante di qualsiasi altra. Sembrava così naturale pensare che i raggi cosmici dovessero possedere energie maggiori dei gamma più energetici.

13 Bothe e Kohlhörster: “La natura della radiazione dall’alto”
Uno strumento per contare i raggi cosmici: il contatore GM (1929) Due contatori GM collocati uno sopra l’altro e connessi a due elettroscopi. La simultanea deflessione delle foglie degli elettroscopi indica la scarica simultanea dei due contatori: coincidenze. La probabilità che fosse una doppia collisione Compton era trascurabile. Le coincidenze osservate dovevano essere dovute al passaggio di particelle cariche individuali attraverso entrambi i contatori. Non potevano essere alfa o beta, perché le pareti di zinco (1mm) le avrebbero fermate. Elettroscopi

14 L’ipotesi corpuscolare
Il risultato in se stesso non contraddiceva l’ipotesi che la radiazione primaria proveniente dallo spazio potesse consistere di fotoni di alta energia. Poiché questi fotoni nell’atmosfera interagiscono per effetto Compton, le particelle osservate avrebbero potuto essere elettroni di rinculo. In base a quelle che si ritenevano essere le energie degli ipotetici fotoni primari, gli elettroni di rinculo avrebbero potuto avere energia più che sufficiente ad attraversare le pareti dei contatori. Per controllare questa possibilità Bothe e Kohlhörster collocarono un blocco d’oro di 4.1 cm tra i contatori. Il 76% di particelle presenti nella radiazione cosmica erano in grado di attraversare il blocco! Un risultato sorprendente: secondo le stime più generose, solo una piccola frazione degli elettroni di rinculo provenienti da qualsiasi punto dell’atmosfera avrebbe potuto avere un range maggiore. La conclusione era che le idee correnti sulla natura della radiazione erano probabilmente errate e che la stessa radiazione cosmica primaria consisteva di particelle cariche, piuttosto che di fotoni.

15 Fotoni versus particelle cariche
Esisteva una seria obiezione alle conclusioni raggiunte da Bothe e Kohlhörster. L’interpretazione dei loro esperimenti era basata su un’arbitraria estrapolazione delle proprietà note dei fotoni e degli elettroni a bassa energia. Era possibile, per esempio, che le energie dei fotoni dei raggi cosmici fossero molto più grandi di quelle calcolate in base al loro libero cammino medio con l’equazione di Klein e Nishina, che era valida per energie dell’ordine di 1 MeV, laddove le valutazioni in base alle curve di assorbimento davano fotoni con energie superiori ai 60 MeV, con possibilità di creare elettroni Compton capaci di attraversare 4.1 cm di oro. La natura corpuscolare dei raggi cosmici non era quindi affatto provata.

16 Entra in scena Bruno Rossi
“Ero convinto che i raggi cosmici si sarebbero rivelati qualcosa di fondamentalmente diverso dalle altre radiazioni note, a meno che le proprietà dei fotoni e delle particelle cariche non cambiavano drasticamente all’aumentare della loro energia…”. “Impilando mattoni di piombo riuscii a raggiungere lo spessore di un metro e trovai che il 60% delle particelle dei raggi cosmici capaci di attraversare 25 cm di piombo erano anche in grado di attraversare un metro dello stesso materiale…dovevano possedere energie dell’ordine dei miliardi di elettronvolt. Energie molto più grandi di quelle che potevano essere rilasciate nella sintesi degli elementi…”.

17 Effetti secondari dei raggi cosmici
Nel 1929 il fisico russo Dmitry Skobeltzyn aveva fotografato in camera a nebbia le tracce di particelle negative insolitamente energetiche la cui curvatura indicava energie molto superiori a quelle dei raggi beta. Occasionalmente apparivano due o tre tracce contemporaneamente. Questa produzione multipla si poteva spiegare assumendo che un elettrone Compton avesse subito una o più collisioni vicino la camera con successiva emissione di particelle secondarie di energia sufficiente a penetrare le pareti della camera.

18 Rossi: indagini sulla sospetta produzione di particelle secondarie
Sono necessarie almeno due particelle cariche che emergono simultaneamente dal piombo per produrre una coincidenza. Una di esse può essere una particella primaria, ma l’altra deve essere stata prodotta nel piombo: se lo schermo superiore viene rimosso, il tasso di coincidenze tende a zero. Variazione della frequenza delle coincidenza triple fra i tre contatori a triangolo con assorbitore di piombo o di ferro sopra i contatori stessi. Le misure in cm si riferiscono alla distanza dell'assorbitore dai contatori.

19 Una scoperta inaspettata
L’effetto Compton, l’unica interazione nota per fotoni ad alta energia, non poteva rendere conto della presenza di gruppi di particelle che venivano fuori dall’assorbitore di piombo. Così che nulla di ciò che era noto all’epoca poteva spiegare l’abbondante produzione di particelle secondarie rivelata dall’esperimento. In effetti tutto ciò appariva così incredibile che il lavoro fu rifiutato da una prima rivista e comparve poi su Zeitschrift für Physik.

20 Camera a nebbia controllata da contatori
Diventava chiaro che la radiazione locale conteva due distinti gruppi di particelle: una componente “molle” e una componente “dura”, più penetrante. Inoltre, alcune particelle producevano processi secondari complessi, gli sciami, la cui natura non era compresa, si pensava addirittura che fossero il risultato della disintegrazione di nuclei. Patrick Blackett e Giuseppe Occhialini Sedici tracce diverse di particelle secondarie entrano nella camera, prodotte, apparentemente, negli avvolgimenti di rame del magnete soprastante. Questi gruppi di particelle erano senza dubbio la causa delle coincidenze osservate da Rossi.

21 Novità Carl Anderson osserva la traccia di una particella positiva di massa confrontabile con quella dell’elettrone 1932/ Blackett e Occhialini osservano sciami che appaiono non essere prodotti da elettroni o altre particelle cariche. Diventava necessario postulare l’esistenza di “raggi neutri” capaci di produrre gli sciami. Secondo Blackett e Occhialini si trattava probabilmente di fotoni di alta energia.

22 La teoria di Dirac Perché i positroni sembravano così rari?
Perché gli sciami apparivano contenere un ugual numero di elettroni positivi e negativi? Annichilazione della coppia elettrone-positrone, la massa si converte in energia secondo la relazione E=mc2, emessa sotto forma di radiazione. Produzione di coppie: fotoni di energia sufficiente sono in grado di produrre una coppia elettrone-positrone.

23 La teoria di Bethe e Heitler
Era ben noto che elettroni veloci durante il meccanismo di frenamento nella materia producono fotoni (modo per generare raggi X). Si riteneva tuttavia che l’energia perduta dagli elettroni costituisse una piccola frazione dell’energia perduta attraverso il processo di ionizzazione. Bethe e Heitler svilupparono (1934) mediante l’elettrodinamica quantistica, una teoria che permise loro di calcolare sia la perdita di energia di un elettrone per Bremsstrahlung, sia la sezione d’urto di produzione di coppie elettrone-positrone da parte di raggi gamma di alta energia. A quel punto si riteneva che tutte le particelle cariche nella radiazione cosmica “locale” fossero elettroni positivi o negativi. Restava un interrogativo: l’esistenza di particelle incredibilmente penetranti: “La teoria quantistica sembra del tutto sbagliata per elettroni di tale energia”.

24 Interazione dei fotoni con la materia
Effetto fotoelettrico: fotone assorbito da un atomo ed emissione di un elettrone da uno dei gusci elettronici Effetto Compton: un fotone viene diffuso da un elettrone atomico. L’effetto si verifica quando un fotone interagisce con un elettrone libero che senza perdita di generalità si può considerare a riposo, il fotone di energia iniziale W viene diffuso a un angolo  con energia ridotta W’, mentre l’elettrone si sposta in un’altra direzione con energia E’k = W-W’ ottenuta dal fotone. Produzione di coppie: un fotone è convertito in una coppia elettrone-positrone. Questo processo non può avvenire nello spazio vuoto perché l’energia e l’impulso non si conservano contemporaneamente quando il fotone decade in due particelle massive, è necessario il campo coulombiano del nucleo che aiuta a conservare energia e impulso.

25 Dipendenza dall’energia
A basse energie (inferiori a 100 keV), domina l’effetto fotoelettrico, il Compton è piccolo e la produzione di coppie è energeticamente impossibile. All’energia 2mec2= MeV diventa possibile la produzione di coppie e rapidamente diventa dominante. Nell’effetto Compton il fotone viene diffuso da un elettrone debolmente legato e ha una energia inferiore. Negli altri due processi i fotoni scompaiono nell’interazione. Nell’effetto fotoelettrico il fotone incidente cede tutta la sua energia al fotoelettrone liberato, nel Compton la radiazione primaria è parzialmente assorbita. Efotoelettrone=Eg-Elegame

26 Fotoni e loro interazioni

27 Elettroni e materia I processi che interessano gli elettroni di nuovo sono: processi di ionizzazione e processi di scattering elastico in cui le perdite di energia sono molto modeste. Ma il processo più importante è quello di bremsstrahlung in cui un elettrone riproduce un fotone di alta energia, soprattutto la parte cosiddetta alta della testa della bremsstrahlung. Però c’è sempre una perdita quasi continua di radiazione che corrisponde alla bremsstrahlung più molle, che dà una perdita dell’energia per radiazione dell’elettrone che sta attraversando la materia.

28 Perdita di energia per gli elettroni
Il più importante è la perdita di energia per radiazione, un meccanismo trascurabile per particelle pesanti, ma dominante per gli elettroni di alta energia. Si considerano due regioni separate: E < Ec ed E > Ec L’energia caratteristica dell’assorbitore, l’energia critica Ec, è quella alla quale il tasso di perdita di energia per un elettrone veloce attraverso la ionizzazione eguaglia quella che avviene attraverso l’irraggiamento. Varia all’incirca come Z2. A energie molto inferiori all’energia critica Ec, data approssimativamente da 600MeV/Z dominano l’eccitazione e la ionizzazione degli elettroni legati dell’assorbitore. Al di sopra dell’energia critica, prende il sopravvento la perdita di energia per irraggiamento.

29 Energia critica

30 Lunghezza di radiazione
A causa dell’emissione di questi fotoni, l’elettrone perde energia e la distanza su cui questa energia si riduce di un fattore e si chiama lunghezza di radiazione, denotata convenzionalmente con Xo. In termini di Xo la perdita di energia per irraggiamento per elettroni di alta energia è Secondo l’equazione che governa la perdita di energia un elettrone altamente energetico perde la sua energia esponenzialmente e dopo circa sette lunghezze di radiazione gli resta soltanto un millesimo della sua energia iniziale. Tuttavia i fotoni di bremsstrahlung hanno energie molto superiori a 1 MeV e possono produrre coppie.

31 Potenza dello sciamatore
Quando si parla di cascata, cioè di un processo di tipo moltiplicativo lungo l’evoluzione, si introduce un parametro di scala importante, un parametro che si chiama lunghezza di radiazione. Tra un evento di moltiplicazione della cascata e il successivo, tipicamente ci corre una lunghezza di radiazione. Un buon sciamatore, che consuma tutta l’energia del primario, è uno sciamatore che è lungo molte lunghezze di radiazione. Questa lunghezza misura la distanza media, per es, tra l’ingresso di un gamma primario e la produzione di una coppia, oppure l’ingresso di un elettrone e la produzione di un gamma di energia elevata e poi la cosa si ripete. La teoria degli sciami si preoccupa di vedere dove sta il massimo dello sciame. Si parte da una unica particella energica e il massimo corrisponde al massimo numero di secondari prodotti, da quel punto in poi la cosa comincia a calare. Quando è arrivata al massimo l’energia è diminuita. Il numero di particelle nel massimo dice che l’energia del primario, divisa il numero di particelle nel massimo, è l’energia rimasta ai singoli. Quando questa energia è grosso modo quella utile a produrre una coppia, a quel punto il massimo è finito e lo sciame si è evoluto completamente. Quello che conta è soprattutto la dipendenza da Z, interviene la potenza dello sciamatore. L’altra cosa è il problema dell’apertura angolare dello sciame, che si può calcolare utilizzando le sezioni d’urto.

32 Cascata elettromagnetica
Lo schema a cascata postula una successione di eventi: un elettrone incidente di alta energia irradia fotoni quando viene deflesso nel campo coulombiano del nucleo. Il fotone generato produce una coppia elettrone-positrone nel campo di un altro nucleo, o eccita un elettrone Compton e così via. Gli elettroni secondari subiscono lo stesso tipo di processo, il numero di particelle aumenta mentre l’energia media diminuisce e uno sciame a cascata di elettroni e fotoni si forma finché il livello di energia diventa talmente basso che non possono più generarsi i processi di foto emissione e produzione di coppie. L’energia dello sciame alla fine viene dissipata attraverso gli effetti Compton e fotoelettrico sugli elettroni atomici da parte dei fotoni e attraverso la ionizzazione e l’eccitazione degli atomi dell’assorbitore da parte degli elettroni.

33 Nascita e morte di uno sciame generato da un singolo elettrone di energia E0
La figura mostra il numero medio di elettroni con energia maggiore di E in corrispondenza dello spessore dell’assorbitore t. Ascissa: spessore in lunghezze di radiazione, ordinata: log P, numero medio di elettroni con energia maggiore di E. Le sezioni d’urto per la produzione di coppie e per l’emissione di fotoni sono proporzionali a Z2. Elettroni e fotoni sono maggiormente assorbiti da elementi pesanti. Il numero medio di elettroni aumenta da 1 a t=0 fino a un massimo e alla fine scende al di sotto dell’unità

34 Coefficienti di assorbimento
Coefficiente di assorbimento totale di fotoni gamma da parte dell’alluminio e del piombo. L’assorbimento fotoelettrico per l’alluminio è trascurabile alle energie considerate. Le linee tratteggiate mostrano separatamente i contributi dell’effetto fotoelettrico, dello scattering Compton e della produzione di coppie per il piombo. In ascissa l’energia in scala logaritmica. corrisponde a 511 keV

35 Diagramma di uno sciame
Lo sviluppo di una cascata indotto da elettroni, positroni o fotoni è governato dalla Bremsstrahlung e dalla produzione di coppie. L’elettrone OA genera lo sciame. In B il fotone AB si materializza in due elettroni BC e BD. In Q un fotone è prodotto per un processo di Bremsstrahlung. In R perde la sua energia materializzandosi in una coppia di elettroni. A livello PQ lo sciame è divenuto estremamente complesso. La produzione di coppie e la Bremsstrahlung controllano lo sciame

36 Eventi elettromagnetici
A - Elettrone di knock-on. B - Nascita dello sciame C - Il positrone perde bruscamente energia emettendo un fotone (Radiazione di Bremsstrahlung). Il fotone a sua volta fa schizzare via un elettrone da un atomo - effetto Compton. Gli elettroni solitari sono elettroni Compton. D - Un fotone è stato emesso da un elettrone accelerato: di nuovo si ha radiazione di Bremsstrahlung. E - Coppia elettrone-positrone prodotta da un fotone di alta energia nel campo di un nucleo.

37 Assorbimento di uno sciame
Numero medio degli elettroni come funzione dello spessore di piombo attraversato. Curva teorica per un primario di energia E0=230 MeV. Punti sperimentali corrispondenti a una media su 11 sciami.

38 Rigenerazione di uno sciame
Bahbha e Heitler Rigenerazione di uno sciame Questa interpretazione degli sciami dei raggi cosmici fu sviluppata quasi simultaneamente (1937) da Bhabha e Heitler in Inghilterra, e da J. Carlson e Oppenheimer negli Usa. La teoria dettagliata del processo di cascata presentava un difficile problema matematico di natura statistica: il punto esatto in cui un dato fotone si materializza in una coppia o un elettrone irraggia è frutto del caso. Come l’energia del fotone o dell’elettrone si distribuisca fra le due particelle prodotte nel singolo evento è ugualmente una questione largamente legata al caso. Di conseguenza gli sciami iniziati da fotoni o elettroni di una data energia non hanno lo stesso aspetto. Si può tuttavia indagare sul comportamento medio.

39 Successo della teoria La teoria degli sciami provò la correttezza della teoria di Bethe e Heitler e stabilì altri fatti importanti: 1 - La radiazione cosmica locale contiene elettroni e fotoni con energie dell’ordine dei GeV 2 - Gli sciami osservati risultano da processi in cascata iniziati da questi elettroni e fotoni 3 - Le interazioni individuali responsabili delle cascate sono le collisioni radiative di elettroni e la produzione di coppie da parte di fotoni in vicinanza dei nuclei, in cui peraltro non inducono alcun cambiamento della struttura. 4 - Le particelle ionizzanti che costituiscono la componente molle della radiazione cosmica locale sono gli elettroni degli sciami originati nell’atmosfera o nel tetto dell’edificio dove vengono effettuati gli esperimenti.

40 Chiarito un mistero, ne resta un altro…
Questi risultati erano gratificanti. Tuttavia era ancora necessario rendere conto dell’apparente contraddizione tra i dati sperimentali sugli sciami, che sembravano confermare la teoria di Bethe e Heitler e i dati sulle particelle penetranti, che sembravano contraddirla. Carlson e Oppenheimer calcolarono lo sviluppo di una cascata usando le sezioni d’urto di Bethe e Heitler e dimostrarono che non potevano andare troppo lontano in termini di lunghezza di radiazione. Nell’introduzione sottolineavano quale fosse il dilemma: o la teoria (quella che oggi chiamiamo QED) non è valida a energie elevate, o i raggi cosmici di energia elevata sono fatti di particelle che non sono elettroni ed affermavano che, se la seconda alternativa era corretta, allora queste particelle “are not previously known to physics”. La comprensione della natura della componente penetrante richiese ancora del tempo. L’evento svolta fu la scoperta nel 1937 da parte di Neddermeyer e Anderson della prova inconfutabile che le particelle cariche e penetranti dei raggi cosmici hanno una massa intermedia tra quella dell’elettrone e quella del protone, particella che fu chiamata mesotrone. Ma questa è un’altra storia… E= eV