FISICA DELLA RADIAZIONE COSMICA Esperimenti in laboratori sotterranei: MACRO Monopoles Astrophysics Cosmic Ray Observatory MACRO è un esperimento con finalità di indagine multipla: è stato pensato e realizzato per indagare la presenza di componenti rare nei Raggi cosmici (Monopoli Magnetici), per cercare neutrini di alta energia provenienti da sorgenti cosmiche, neutrini di bassa energia emessi durante esplosioni di SuperNovae, per studiare neutrini atmosferici ed infine per analizzare i muoni dei Raggi Cosmici allo scopo di ottenere informazioni generali su questi ultimi (composizione, origine, etc..). In particolare MACRO è stato ottimizzato per la ricerca di Monopoli Magnetici. I Monopoli Magnetici sono l’unità fondamentale della carica magnetica: possiamo pensare ad essi come all’equivalente magnetico dell’elettrone. A differenza degli elettroni, i Monopoli Magnetici non sono particelle molto frequenti in natura: la loro probabilità di rivelazione è estremamente bassa. L’apparato sperimentale di MACRO è posto, presso i Laboratori Nazionali di Fisica Nucleare del Gran Sasso, sotto una delle montagne del massiccio. Esso è un parallelepipedo di 77 m x 12 m x 9 m, costituito da tre differenti tipi di rivelatore. L’utilizzo contemporaneo di più tecniche di rivelazione conferisce maggiore affidabilità ai risultati sperimentali, in quanto è possibile, in questo modo, acquisire un elevato numero di informazioni indipendenti per ogni singola misura effettuata. MACRO è in attività da circa 10 anni ed ha fornito importanti risultati su tutti gli argomenti di ricerca per cui è stato concepito. In particolare ha rilevato un deficit nella misura di neutrini atmosferici rispetto al valore teorico atteso (problema dell’oscillazione dei neutrini). Per quanto riguarda i Monopoli Magnetici è riuscito a fornire la stima più stringente sulla loro abbondanza nel Cosmo. Esperimenti in alta quota: CLUE, EAS-TOP, TTC, ARGO Nell’esperimento CLUE installato all’Osservatorio di La Palma (isole Canarie, 2200 m slm) si rivela con un insieme di 9 paraboloidi la luce Cerenkov prodotta nello sviluppo dello sciame atmosferico. L’esperimento EAS-TOP è invece costituito da un insieme di rivelatori distribuiti sulle pendici del Mt. Aquila (Campo Imperatore, Gran Sasso, 2000 m slm) demandati alla registrazione degli elettroni dello sciame e da un calorimetro il cui scopo è rivelare muoni di bassa energia, protoni e piani. Esso è complementato con rivelatori che consentono una accurata determinazione delle caratteristiche temporali delle particelle (esperimento TTC). Numerosi sciami registrati da questo apparato sono osservati contemporaneamente dal rivelatore MACRO, posto sottoterra nei laboratori del Gran Sasso: EAS-TOP misura la componente molle ovvero elettroni, fotoni e muoni di bassa energia; MACRO registra la componente penetrante, cioè i muoni di alta energia che hanno superato mille metri di roccia. In tal modo si ottiene una “fotografia” completa dello sciame le cui proprietà possono essere studiate con grande accuratezza. L’evoluzione naturale degli esperimenti EAS-TOP e CLUE è il progetto ARGO-CLUE per il quale si prevede una installazione di rivelatori ad alta tecnologia (Camere Resistive Piane) in un laboratorio posto ad una quota maggiore di 4000 m slm. Un esperimento pilota è attualmente in funzione nel laboratorio di Yangbajing in Tibet, a 4300 m slm. Il programma scientifico svolto con queste apparecchiature si rivolge alla fisica dei raggi cosmici, alla fisica delle sorgenti di fotoni di altissima energia, allo studio della fenomenologia di misteriosi flash di enorme potenza (Gamma ray Burst) osservati dai satelliti, alla ricerca di antimateria primordiale ed alla fisica dell’eliosfera. FISICA DELLA RADIAZIONE COSMICA La Terra è costantemente bombardata da particelle cariche (protoni, elettroni, particelle a, nuclei pesanti) e neutre (fotoni e neutrini): la radiazione cosmica. I raggi cosmici di più bassa energia (sino a qualche migliaio di MeV(§)) sono prodotti ed accelerati in processi che avvengono nel Sole; quelli di più alta energia (sino a qualche decina di miliardi di MeV) hanno origine nella nostra Galassia, in particolari sistemi come le SuperNovae, stelle di neutroni e buchi neri. Quelle di energia ancora più elevate sono probabilmente di natura extragalattica e sono generate nelle Galassie più energetiche (nuclei galattici attivi). Vi sono inoltre particelle che potrebbero rappresentare ciò che resta dei prodotti del Big-Bang. ce dal centro della galassia. Osservata dalla Terra, la nostra galassia, appare come un piano leggermente rigonfio e pieno di stelle che attraversa tutto il cielo e prende il nome di Via Lattea. La Via Lattea (§) 1 MeV (milione di elettronvolt) è l’energia tipica dei prodotti di decadimento dei nuclei radioattivi che si trovano sulla Terra. Per confronto ricordiamo che l’energia tipica di un fotone di luce visibile è di circa 1 eV mentre l’energia tipica dei raggi X usati per le radiografie è di circa 10.000 eV. I raggi cosmici di più bassa energia sono rivelati direttamente da dispositivi posizionati su satelliti artificiali. Quelli di più alta energia che sono più rari, sono invece studiati da dispositivi al suolo mediante misure indirette. Infatti, quando una particella (particella primaria) interagisce con la materia (prima interazione) genera uno sciame di particelle (particelle secondarie) le cui proprietà sono strettamente legate a quelle della particella primaria. I prodotti secondari assorbiti dalla materia come elettroni (e), raggi g e radiazione Cerenkov, protoni (p) e pioni (p) sono più efficientemente rivelati in alta montagna. Altre particelle, più penetranti, come muoni (m) e neutrini (u) sono invece più facilmente rivelati in apparati posti sotto terra. Queste particelle costituiscono, insieme alla luce ed alle onde radio, un “gas” che riempie la nostra Galassia ed inviluppa la Terra e tutto il sistema planetario. Il loro studio è di fondamentale importanza per capire l’evoluzione delle Galassie ed in particolare l’evoluzione dei suoi sistemi più energetici. In questo settore scientifico i fisici del Dipartimento di Scienze Fisiche della Federico II e dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli, partecipano agli esperimenti CLUE, EAS-TOP, TTC ed al progetto ARGO (tutti in alta quota) ed all’esperimento MACRO (in laboratori sotterranei). Una galassia a spirale come la nostra. Il sistema so-lare si trova lungo uno dei bracci, a circa 30.000 anni lu-