Extreme Energy Events Progetto “La Scienza nelle Scuole” EEE Extreme Energy Events Marco Selvi – Università di Bologna & INFN Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

Obiettivo Portare la Scienza nel cuore dei giovani tramite il loro coinvolgimento diretto in un esperimento di Fisica che studia le frontiere della conoscenza attuale: i raggi cosmici di altissima energia. Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

Progetto EEE: “La scienza nelle scuole” In ogni scuola: un telescopio per raggi cosmici m GPS Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

La presentazione del progetto CERN: 3 maggio 2004 Il professor Antonino Zichichi, ideatore del progetto EEE, assieme al ministro dell’Istruzione, Università e Ricerca Letizia Moratti e al direttore del CERN R. Aymar, durante la visita ai laboratori del CERN di Ginevra, per la presentazione del progetto EEE Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

Lo schema del progetto Per la realizzazione del Progetto EEE si prevede il seguente schema di attività. 1) I materiali, le attrezzature e le strumentazioni necessari alla costruzione e alla successiva messa in funzione del telescopio saranno acquistati e forniti dal CERN e dalle Sezioni INFN o eventualmente dai Dipartimenti di Fisica coinvolti nel Progetto. Saranno trasportati e raggruppati presso tali Strutture di Ricerca. 2) Nella fase iniziale, gli alunni della Scuole in cui saranno montati i telescopi EEE si recheranno presso le Strutture di Ricerca più vicine (situate nella loro stessa città o nella città più vicina) per partecipare direttamente alla costruzione dei rivelatori MRPC che costituiscono i telescopi. Gli alunni avranno così la possibilità di partecipare a veri e propri stage di training tecnico-scientifico, a diretto contatto con il mondo della Ricerca. 3) In parallelo, il personale scientifico e tecnico delle Strutture di Ricerca predisporrà presso le Scuole, con la collaborazione degli alunni delle Scuole, tutte le strumentazioni e attrezzature necessarie per l’installazione dei telescopi EEE. Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

Lo schema del progetto 4) I rivelatori MRPC costruiti nelle Strutture di Ricerca verranno poi trasportati nelle Scuole, dove si procederà alla fase di montaggio e messa in funzione dei telescopi EEE. Tale fase sarà di nuovo espletata grazie all’intervento del personale scientifico e tecnico delle Strutture di Ricerca in collaborazione con gli alunni delle Scuole. 5) In fase di funzionamento, quando i telescopi EEE saranno in grado di acquisire dati scientifici, sarà compito degli alunni delle Scuole garantire l’operatività costante dei telescopi, ed eseguire una serie di regolari controlli e misure. Il personale delle Strutture di Ricerca garantirà un’assistenza e una vigilanza costante dei telescopi presso le Scuole. 6) A regime, gli alunni delle Scuole dotate di telescopi EEE saranno resi partecipi dell’analisi dei dati raccolti e dei risultati ottenuti. Saranno anche coinvolti in un’azione più vasta e generale di promozione della Cultura Scientifica. Ciò potrà avvenire tramite strumenti multimediali e tramite ulteriori stage presso le Strutture di Ricerca e presso la Fondazione e Centro di Cultura Scientifica “Ettore Majorana” (FCCSEM) di Erice. Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

Lo stato del progetto Il progetto ha avuto inizio nel 2005 con la partecipazione di un primo gruppo di Scuole Secondarie Superiori che vanno dall’estremo Nord al limite Sud della nostra penisola. La costruzione dei telescopi è stata effettuata da rappresentanti delle scuole (studenti ed insegnanti) supportati da personale di: Centro Fermi, Sezioni INFN (Bologna, Cagliari, Catania , LNF, LNGS, Lecce e Torino) Le sette scuole “pilota” si trovano nelle città di: Bologna, Cagliari, Catania, Grottaferrata (Roma), L’Aquila, Lecce e Torino. Il periodo iniziale sarà seguito dalla estensione del progetto in modo da permettere a tutte le Scuole interessate di partecipare a questa impresa di diffusione della Cultura Scientifica attraverso la realizzazione di un esperimento di grande attualità. Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

Distribuzione sul territorio nazionale delle sette scuole “pilota” nelle quali verranno installati i primi telescopi. Bologna Cagliari Catania Grottaferrata (Roma) L’Aquila Lecce Torino Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

Distribuzione sul territorio nazionale delle scuole interessate al progetto. ALESSANDRIA ASTI BOLOGNA CAGLIARI CARPI (Modena) CATANIA FRASCATI (Roma) GALLIPOLI (Lecce) GENOVA GROTTAFERRATA (Roma) LANCIANO (Chieti) L’AQUILA LA SPEZIA LECCE LUGO (Ravenna) MANTOVA MESSINA MILANO PARMA PERUGIA PESCARA PIACENZA PISA REGGIO EMILIA ROMA SALEMI (Trapani) SALERNO SAVONA TORINO TRAPANI Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

I raggi cosmici Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

I Raggi Cosmici I raggi cosmici sono stati scoperti da Victor Franz Hess (1883-1964) nel 1912, il quale si accorse che un elettroscopio si scaricava più rapidamente se portato in altitudine tramite un pallone aerostatico, piuttosto che al livello del mare. Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

I Raggi Cosmici Carl David Anderson (1905-1991) e la camera a nebbia (immersa in un campo magnetico) con la quale nel 1932, osservò la traccia lasciata da“qualcosa carico positivamente, e con la stessa massa di un elettrone" . Egli aveva cioè osservato per la prima volta un’antiparticella, l’elettrone positivo o positrone. Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

I Raggi Cosmici I raggi cosmici presentano attualmente, a quasi cento anni dalla loro scoperta, degli aspetti che non sono completamente conosciuti: la loro composizione, il meccanismo di accelerazione, la forma dello spettro alle energie più elevate (> 1019 eV) Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

Sciami estesi Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

Distribuzione laterale dei m Densità di muoni al suolo per m2 R R = distanza del muone dal centro dello sciame (Km) Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

km Simulazione al calcolatore di uno sciame cosmico generato in atmosfera (a 15 Km di quota) da un protone cosmico avente un’energia di 1017 elettronvolt. Al suolo arrivano 1 milione di muoni (puntini rossi) che si distribuiscono su un’area di almeno 2 km di raggio. Nell’esempio, i muoni ricoprono il centro storico della città di Bologna. km Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

Il rivelatore Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

Rivelatore MRPC Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

Rivelatore MRPC Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

Rivelatore MRPC Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

Rivelatore MRPC Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

Costruzione dei rivelatori Due studentesse di scuola superiore impegnate, nel giugno 2005, presso i laboratori del CERN di Ginevra, nella costruzione di un piano MRPC del telescopio. Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

Risoluzione temporale MRPC Risoluzione temporale migliore di 100 ps !! Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

GPS Il Sistema di Posizionamento Globale (GPS) è un sistema di navigazione adatto a fornire in tempo reale le coordinate geografiche (latitudine, longitudine e altitudine) del ricevitore di un utente. Dalla sequenza temporale di tali misure, il GPS può dare anche informazioni sulla velocità e sul percorso del ricevitore. Infine, se l’utente rimane fermo in una determinata posizione, il GPS può ottenere informazioni molto precise sulla sincronizzazione della scala temporale del ricevitore (tempo locale) rispetto all’UTC (Universal Coordinated Time, ossia Tempo Coordinato Universale) che oggi è il sistema di riferimento per la misura del tempo accettato in tutto il mondo. La sincronizzazione fra i segnali rivelati nei diversi telescopi sarà effettuata tramite il GPS Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

Il telescopio Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

Il telescopio 82 cm 160 cm 100 cm m Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

Costruzione del telescopio Telescopio completato, trasportato e messo in acquisizione dati presso i LNF Scintillatore #1 #15 #13 #19 Scintillatore #2 Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

Numero di muoni in ogni telescopio La traccia del muone è ricostruita se attraversa tutti i tre piani di MRPC Rate di muoni (s -1) d Modificando la distanza fra i piani cambia l’accettanza del rivelatore e quindi anche il numero di muoni rivelati. d = distanza verticale fra i piani (cm) Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

Risoluzione angolare q f Considerando le dimensioni delle strip di lettura del segnale (34 mm di larghezza x 10 mm di risoluzione longitudinale), si può valutare la risoluzione angolare nel riconoscimento della direzione dei muoni.   q f Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

Molti telescopi in una stessa città Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

... per esempio a Bologna 1 km Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

... Bologna Supponiamo di installare un telescopio in ognuna delle 24 scuole superiori della città di Bologna. La distanza media fra le scuole è dell’ordine di 200-300 metri. Con tale configurazione si possono studiare sciami di particelle indotti da raggi cosmici primari di energia ancora più elevata: 1017  1019 eV. Il numero atteso di eventi è circa 1100 all’anno, se si richiede che almeno 4 telescopi siano colpiti. Oltre 1018 eV circa 120 y -1 1017 eV 1019 eV Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005

Conclusioni Il progetto EEE nasce con lo scopo di portare la Scienza nel cuore dei giovani, coinvolgendoli direttamente in un esperimento scientifico su un campo della fisica attualmente di “frontiera”: lo studio dei raggi cosmici. I raggi cosmici hanno aperto le porte della fisica subnucleare. Presentano attualmente aspetti non noti, quali la loro composizione, il meccanismo di accelerazione, la forma dello spettro alle energie più elevate (> 1019 eV). Inoltre ci sono forti segnali di correlazione fra i raggi cosmici e la vita sulla Terra: clima, mutazioni genetiche, … I ragazzi delle scuole sono e saranno coinvolti in: Costruzione dei telescopi Analisi dei dati Relazione della attività svolta Presentazione dei risultati. http://www.centrofermi.it/eee/ Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005