I raggi cosmici sono particelle subatomiche, frammenti di atomi, che provengono dallo spazio.

Si propagano a velocità relativistiche e posseggono energie enormi.

La natura delle sorgenti non è ancora del tutto chiara e questo è uno dei motivi per cui si studiano queste particelle

Queste particelle influenzano il clima, le mutazioni genetiche e forniscono importantissime informazioni sulla costituzione della materia e dell’universo e delle forze che lo regolano

Tra le principali sorgenti note ci sono buchi neri supernove resti di supernove.

Anche il Sole durante fasi di elevata attività può emettere particelle ad alta energia che raggiungono la Terra.

Per differenziare le particelle solari da quelle provenienti da altri oggetti cosmici della galassia si utilizzano rispettivamente le sigle SCR (solar cosmic rays) e GCR (galactic cosmic rays)

I raggi cosmici si dividono in particelle primarie e secondarie

Le primarie sono quelle che viaggiando dalle sorgenti arrivano fino al nostro pianeta, ed entrando nell’ atmosfera collidono con le molecole dell’aria

Le particelle secondarie sono quelle che vengono generate dalla collisione delle primarie con gli atomi dell'atmosfera terrestre.

Questa collisione infatti genera uno sciame di particelle che si propaga fino a raggiungere il suolo terrestre.

Tra le particelle più abbondanti che piovono a terra e che letteralmente ci attraversano ogni giorno ci sono i muoni.

Astroparticelle primarie: Protoni Neutrini Elettroni Nuclei di varia natura Fotoni ad alta frequenza (raggi gamma)

Astroparticelle secondarie: Iperoni Elettroni Neutroni Mesoni (Pi, K) Muoni Neutrini

I neutrini sono prodotti dalle stelle durante la fusione nucleare oltre che dal decadimento di altre particelle nell’atmosfera.

Sono le particelle più numerose ma avendo massa quasi nulla, non vengono facilmente individuate.

Quello che succede quando un protone (o un nucleo) colpisce un atomo in atmosfera è ben evidenziato dallo schema seguente:

Da un singolo protone emergono una quantità incredibile di particelle: elettroni e pioni si “estinguono” in alta quota muoni e neutrini raggiungono il suolo.

In ogni istante il nostro corpo è attraversato da milioni di particelle subatomiche:

neutrini, che sono di gran lunga le più numerose, (centinaia di miliardi al secondo) e muoni (qualche centinaio all'ora)

Una pioggia…

intermittente…

..di muoni!

Si studiano i muoni perché: la loro presenza è una evidente causa di particelle più pesanti provenienti dallo spazio

sono le uniche che raggiungono il terreno (quindi rilevabili)

sono importanti anche per la relazione che hanno con i neutrini.

Il muone μ è una particella che ha carica negativa e spin ½ come l’elettrone, ma che pesa circa 200 volte di più

Il muone è una particella altamente energetica e penetrante ma interagisce solo debolmente ed è influenzabile dai campi elettrici e magnetici.

Differenza di massa tra elettrone, muone e protone N.B. In realtà le particelle hanno una dimensione reale molto simile tra loro, nonostante le masse siano molto diverse

Il muone è una particella di seconda generazione perciò è instabile. Il tipico decadimento è: in un elettrone e due neutrini (un anti-neutrino elettronico ed un neutrino μ)

Per questo i muoni sono importanti anche per lo studio dei neutrini.

La vita media dei muoni è di circa 2 milionesimi di secondo, ma viaggiando a velocità relativistiche, il tempo della loro esistenza si dilata e riescono a raggiungere il suolo prima di decadere.

Questa dilatazione dipende da quanto la velocità dell’oggetto che si muove è vicina a quella della luce. Per il muone atmosferico il tempo si dilata di circa 25 volte.

Quindi, per la Fisica Classica il muone ha vita media di 2,2 microsec (valore assoluto), può percorrere in media 660 m e non potrebbe arrivare sulla Terra.

Per la Relatività Punto di vista della Terra: il muone ha una vita media di 2,2 microsec; rispetto alla Terra si muove a velocità c.

La sua vita media si dilata quindi di 25 volte, diventa 55 microsec e può quindi percorrere circa 16 km, perciò molti muoni arrivano sulla Terra.

Per la Relatività Punto di vista del muone Il muone ha una vita media di 2,2 microsec, è in movimento rispetto alla Terra e all’atmosfera, che vede “accorciata” di un fattore 25...

..quindi la vede spessa circa 600 m, perciò in media molti muoni riescono ad attraversarla e ad arrivare sulla Terra

per conoscere la struttura della materia e dell’universo Concludendo, è importante studiare i muoni

per conoscere gli effetti sul clima e sull’atmosfera e sulle mutazioni genetiche

per conoscere le strutture del campo gravitazionale della nostra Galassia

Ma come si fanno a rilevare i muoni? E’ possibile farlo anche a scuola? Grazie al PROGETTO EEE è cominciata la nostra avventura!!