GdL Radiazione Cosmica Roberto Aloisio, Bruna Bertucci, MB, Alessandro De Angelis, Piera Sapienza, Francesco Vissani - sito google cr_whatsnext - area.

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1 GdL Radiazione Cosmica Roberto Aloisio, Bruna Bertucci, MB, Alessandro De Angelis, Piera Sapienza, Francesco Vissani - sito google cr_whatsnext - area dropbox - seevogh o skype settimanale (di più ora) Mia presentazione su: - minimo di stato attuale - futuro remunerativo secondo gli ‘esperti’ ma soprattutto: idee non-standard su ci spero in interventi dai presenti di CSN3, (argomenti forzatamente compressi nel talk finale.

2 La radiazione cosmica e il suo studio 4) Fisica 2) Particelle: p,He,Nuclei,e anti-materia fotoni, neutrini 1) Energia: KeV-MeV, MeV-GeV GeV-TeV, TeV-PeV PeV-EeV, EeV-ZeV > ZeV 3) Tecniche Sperimentali Dirette/indirette Spazio/Terra/Oceani Quale fisica? Che combinazione di Energia, Particelle, Tecniche? PER STIMOLARE LA DISCUSSIONE IL 7-8: VORREI ENFATIZZARE IL NOSTRO RUOLO (A.N.) Maggiori dettagli sul resto nella presentazione globale (disponibile)

3 USA ED EUROPA  RIFLESSIONI RECENTI SUL FUTURO DELLA FISICA. DOMANDE DIVERSE SONO POSSIBILI??? http://212.71.251.65/aspera DOMANDE IMPORTANTI, DISCUSSE IN QUEI DOCUMENTI, CON INVESTIMENTI PREVISTI 1) Cos’è la materia oscura (e come possiamo individuarla)? 2) Cos’è l’energia oscura (e come possiamo individuarla)? 3) Da dove vengono i raggi cosmici? 4) Quali strumenti dobbiamo costruire per studiarne le proprietà a varie energie? 5) Come appare il cielo ad alte energie e come possiamo migliorarne la conoscenza dopo Fermi? 6) Qual è il ruolo dei neutrini nell’evoluzione cosmica? 7) Cosa ci dicono i neutrini sull’interno delle stelle ? 8) I protoni hanno una vita finita? 9) Qual è la natura della gravità? DOMANDA UN PO’ FOLLE EPPURE PARTE INTEGRANTE DEL PROGRAMMA AMERICANO Esiste una vita aliena e come possiamo identificarla?

4 Il panorama attuale : il modello “Standard” dei RC galattici 1.La propagazione galattica è diffusiva, ciò spiega i rapporti secondari/primari, isotopi instabili, backgrounds diffusi. 2.L’accelerazione avviene in Supernova Remnants (SNRs), attraverso il meccanismo della Diffusive Shock Acceleration (DSA) Profondità di trasmissione dipendente della rigidità.  Propagazione diffusiva. 1.Proton knee alla stessa energia del knee dello spettro all-particle 2. Secondari/primari (B/C) R=pc/Ze Antimateria?

5 WIMPs Mass scale: Weak interactions WIMP annihilation emissione di sincrotrone Fermi, Radio Telescopes Oggetti massicci, GC SK, IceCube, Km3Net GC o halo Pamela, Fermi, HESS, AMS, balloons GC o halo GAPS Astrofisica Fisica delle particelle Sovrapposizione tra segnali Astrofisici e di Fisica delle particelle, la grande sfida sta nel distinguere l’origine delle particelle osservate. DM detection indiretta (da CR e gamma)

6 H2 GAMMA

7 Che cosa vorremmo in futuro  Galactic sources & CR  AGN & gamma prop.  New particles, new phenomena  dark matter and astroparticle physics extend E range beyond 50 TeV better angular resolution larger FOV monitor many objects simult. extend E range under 50 GeV 10x sources better flux sensitivity lower threshold + RIGHE NUCLEARI (CSN3) : vedi dopo

8 8 8 Crab 10% Crab 1% Crab Fermi Magic-II E*F(>E) [ TeV/cm 2 s] Agile, Fermi, Argo, Hawk: 1 year Magic, Hess, Veritas, CTA: 50h Agil e CTA Argo Hawc Hess/Veritas (A. De Angelis 2012) Far universe Pulsars Fundamental physics Cosmic rays at the knee

9

10 Neutrini cosmici: IceCube osserva i primi eventi di neutrini di alta energia extraterrestri – Science (2013) vol. 342 L’analisi estesa su tre anni da 36 eventi inclusi i due al PeV osservati precedentemente (presentati alla Neutrino 2012) 28 eventi sono tipo sciame e 8 tracce  (vertice contenuto), 27 downgoing e 9 upgoing Anisotropia in prossimità del centro galattico non statisticamente significativa  eV    = 10 -8 GeV cm -2 s -1 sr -1 per flavour, significatività 5.7 

11 KM3NeT vs IceCube KM3NeT – Risoluzione angolare fondamentale per la ricerca di sorgenti puntiformi (galattiche ed extra-galattiche) e per la significatività di effetti di “clustering” E> 10 TeV : IceCube circa 1°, KM3NeT circa 0.1° – Visibilità per neutrini up-going per quasi totalità del campo galattico incluso Centro Galattico e di conseguenza possibilità di analizzare i dati dell’emisfero Sud con metodi diversi da quelli di IceCube e a partire da energia più basse (minore TeV da confrontare con decine di TeV per IceCube)

12 KM3NeT Proposta la costruzione una fase intermedia del rivelatore KM3NeT a Capo Passero (circa 200 stringhe, volume 1-2 km 3 ) obiettivi: Conferma risultato di IceCube Ricerca di anisotropie con ampia copertura del cielo e in particolare della regione galattica Avvio astronomia con neutrini di alta energia => Ricerca di sorgenti puntiformi, per la quale è essenziale la migliore risoluzione angolare Altro… Ricerca indiretta di Materia Oscura in particolare dal Centro Galattico? Misure delle oscillazioni di neutrini atmosferici per la determinazione della gerarchia di massa (ORCA => utilizzo della stessa tecnologia, della stessa infrastruttura, con diversa geometria e granularità del rivelatore). Studi per l’ottimizzazione del rivelatore, alla luce dei risultati di IceCube, in corso

13 Gli obiettivi dei singoli sottogruppi? -Fotografare l’esistente -Capire i limiti del futuro già prossimo -Cosa serve per superare i limiti e soprattutto cosa ci aspettiamo di imparare di nuovo ? -Quali le opportunità le comunità per portare avanti i nuovi programmi? (NELLA DISCUSSIONE FINALE VORREI CON VOI AMPLIARE TEMI INTERDISCIPLINARI ORIGINALI E CHE RIGUARDINO LA NOSTRA COMMISSIONE: A QUESTO DEDICO LA MAGGIOR PARTE DEL TALK).

14 FISICA E ASTROFISICA NUCLEARE HANNO UN RUOLO O LE “COSE IMPORTANTI” STANNO SOLO IN ALTRE MANI? 1)Le stelle possono essere laboratori di astroparticelle e possono dare risposte a quesiti di queste (es. Dark Matter)? 2) Esistono studi di interesse per la Fisica e Astrofisica Nucleare nei raggi gamma che possano dare anche risposte a domande globali (es ricerca della vita)? 3)Esistono studi di fisica nucleare che possano dare contributi cruciali a problemi cosmologici? 4)Possono studi di radiazione cosmica dare a loro volta risposte a domande cruciali dell’ A.N. stellare? C’E’ UN RUOLO PER I PARTECIPANTI DI CSN3?)

15 LA FISICA STELLARE IN PARICOLARE HA UN RUOLO NELL’AFFRONTARE PROBLEMI DI FISICA FONDAMENTALE? PROBLEMA 1 : LE STELLE SONO UN LABORATORIO DI ASTROPARTICLE: DIMOSTRATO DALLE MISURE DI LUNA SU 3He+3He (1999) CHE INDICARONO IL PROBLEMA DEI NEUTRINI NON FOSSE NUCLEARE O ASTROFISICO, MA PARTICELLARE PER IL FUTURO: MIGLIORAMENTI DI REAZIONI CRITICHE (12C+ALPHA) POTRANNO PRECISARE LA COMBUSTIONE DI He  POI, EVOLUZIONE SENSIBILE A PROBLEMI DI FISICA FONDAMENTALE,COME L’ESISTENZA DEGLI ASSIONI. (PROSPETTIVE DI: IGNITOR JET ITER???)

16 LE ENERGIE DI INTERESSE NUCLEARE- STELLARE (1keV-5MeV) HANNO QUALCOSA DA DIRE SU PROBLEMI DEL FUTURO? PROBLEMA 2: La spettroscopia gamma ha mappato la Galassia nelle righe di 26 Al e 60 Fe. Questi nuclei insieme ad altri (tabella) dicono dove hanno agito di recente le supernovae Le stesse righe gamma soni le fonti di calore indispensabili per trasformare la materia solida eterogenea in rocce differenziate per formare i pianeti terrestri adatti alla via.  Migliorare di un fattore 10 sensibilità e risoluzione dei satelliti per spettroscopia gamma (nipoti di INTEGRAL) direbbe DOVE cercare i pianeti terrestri in formazione, anziché andare a caso, come ora.

17 POSSONO FISICA E ASTROFISICA NUCELARE DARE RISPOSTE A DOMANDE DI RILEVANZA COSMOLOGICA? PROBLEMA 3: Il Litio osservato nelle stelle antiche è ALMENO 5 volte più piccolo di quanto atteso dal Big Bang dopo WMAP. La discrepanza POTREBBE ESSERE NUCLEARE, risiedere nella cattiva conoscenza delle interazio9ni deboli nei plasmi, in particolare 7 Be+e -  7 LI. I plasmi possono influenzare i decadimenti in modo cruciale e ancora spesso usiamo metodi alla Debye-Hueckel (1925!!) per stimarle. Teoria migliore ed esperimenti (ora possibili nelle trappole ioniche) sarebbero essenziali.

18 PROBLEMA 4: CONOSCERE LA ABBONDANZE ISOTOPICHE FINO AL Fe da CR Le teorie della nucleosintesi dal Big Bang alle stelle predice abbondanze dio elementi E ISOTOPI. Questi però non si vedono dalla spettroscopia. Si vedono in materiali presolari in meteoriti primordiali, più antiche della differenziazione dovuta al riscaldamento dai nuclei radioattivi citato. QUESTI MATERIALI PERO’ HANNO ENORMI EFFETTI DI SELEZIONE. Non ci informano sulle stelle che producono più elementi, ma sui quelle che producono più POLVERI. Le SN ne producono poca e i le loro abbondanze isotopiche ce le fornirebbe l’analisi ad alta risoluzione in massa dei Raggi Cosmici. VICEVERSA: PUO’ LA FISICA DEI RAGGI COSMICI DARE RISPOSTE CRUCIALI DI FISICA STELLARE, IN UN FEEDBACK POSITIVO?