I Raggi Cosmici slides aggiuntive. Definizioni Primari: nuclei e particelle prodotti ed accelerati da sorgenti astrofisiche Secondari: particelle prodotte.

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1 I Raggi Cosmici slides aggiuntive

2 Definizioni Primari: nuclei e particelle prodotti ed accelerati da sorgenti astrofisiche Secondari: particelle prodotte dall'interazione dei primari con il gas interstellare Sorgenti: supernovae, novae, quasar, sole

3 L'esperimento AMS

4 Gli RPC: descrizione Gli RPC sono rivelatori a ionizzazione in mezzo gassoso. Il passaggio di una particella carica ionizza il gas. La presenza di un forte campo elettrico permette la moltiplicazione nel gas della carica. Il moto degli elettroni nel campo elettrico induce segnali sugli elettrodi di lettura.

5 Rivelazione (indiretta) di materia oscura e+e+ e-e- E~M DM Rivelazione indiretta di materia oscura: Annichilazione a riposo di una coppia di particelle di materia oscura (Dark Matter) in una coppia particella-antiparticella Nello spettro energetico delle antiparticelle si deve osservare una risalita in corrispondenza della massa delle particelle di materia oscura. Si definisce materia oscura quella componente di materia che si manifesta attraverso i suoi effetti gravitazionali ma che non e' direttamente osservabile tramite emissione di radiazione elettromagnetica. Si pensa che sia costituita da particelle neutre molto pesanti, residue del Big Bang, che si addensano intorno alle galassie per effetto della forza gravitazionale. Lo studio della velocita' di rotazione delle galassie degli ammassi di galassie e piu' recentemente della radiazione fossile del Big Bang (radiazione di fondo cosmico) ci danno una prova dell'esistenza della materia oscura.

6 Onde gravitazionali Le onde gravitazionali sono perturbazioni del “tessuto” spazio-temporale causate dal movimento di masse astrofisiche (pulsar, buchi neri, sistemi binari di stelle, esplosioni di supernova). Sono previste nella teoria della relativita' generale, ma a oggi non sono state ancora osservate, anche se si ha l'evidenza indiretta della loro esistenza.

7 Onde gravitazionali (II) Le antenne gravitazionali sono di due tipi: barre risonanti o interferometri laser. Virgo Schema di un'antenna gravitazionale a barra risonante (Nautilus, Auriga, Explorer).

8 Definizioni Nova: Esplosione nucleare dovuta ad accumulo di idrogeno sulla superficie di una nana bianca Quasar: Quasi Stellar Radio Source Simile a una stella, ma con un grande redshift; molto piu' luminoso (emette onde radio, raggi x e gamma). Possibile modello: gas e polveri del disco di accrescimento che precipitano in un buco nero. Massimo z osservato=6.4 -> quasar osservati piu' vecchi segnano l'inizio della formazione ed evoluzione delle galassie

9 Definizioni Esplosioni di Supernova: gigantesche esplosioni che avvengono quando il nocciolo di una stella alla fine della sua stessa “vita” collassa per effetto del suo peso. Quando la densita' di materia supera la densita' della materia nucleare, si ha un rimbalzo (esplosione) che lancia nello spazio l'involucro esterno alla velocita' di migliaia di km/sec. Le particelle verrebbero accelerate gradualmente, attraversando varie volte l'onda d'urto dell'esplosione. AGN: Regioni centrali di particolari galassie che rilasciano grandi quantita' di energia quando il gas interstellare e le stelle disintegrate precipitano verso il buco nero centrale. Gamma ray burst: “lampi gamma”, risultato di esplosioni cosmiche piu' violente delle supernove (forse collasso gravitazionale di stelle supermassive o coalescenza di un sistema binario verso la formazione di un buco nero). Pulsar: stella di neutroni, risultato finale di una esplosione di supernova, che ruotando velocemente genera elevatissimi campi magnetici, con generazione di radiazione pulsata. Microquasar: sistema binario composto da una stella in stretta orbita intorno a un buco nero. Rivoli da materia precipitano dalla stella verso il buco nero, e venendo accelerati emettono radiazione in grado di accelerare le particelle (a energie inferiori a quelle di un AGN).

10 Definizioni Vento solare: elettroni, protoni con energia tra 10 e 100 eV Solar flares: Esplosioni sulla superficie solare in prossimita' delle macchie (Interplanetary) Coronal Mass Ejection: fiotti di plasma emessi dal sole. All'impatto con la magnetosfera terrestre causano tempeste geomagnetiche ed aurore.

11 GZK P +  CMB -> p +   P +  CMB -> n +   Interazione con la radiazione di fondo cosmico limita il flusso di p extragalattici per E>5*10 19 eV Cut-off distance: 50 Mpc (163 Mly) Possibili spiegazioni per eventi al di sopra del cut-off: Errore strumentale Sorgente vicina (ma che cosa e'?) Nuclei pesanti Se sorgenti sono AGN acceleratori, ci si aspetta che i raggi cosmici di altissima energia siano protoni

12 Oscillazione dei neutrini atmosferici L'esperimento SuperKamiokande in Giappone ha osservato l'oscillazione dei neutrini atmosferici tramite la soppressione del flusso dei neutrini muonici provenienti dal basso (1998). I neutrini sono particelle di massa molto piccola che interagiscono debolmente con la materia. Il fatto che le tre specie abbiano masse differenti rende possibili la trasmutazione di specie (oscillazione). La probabilita' di oscillazione dipende dalla differenza delle masse al quadrato e dal cammino percorso (L). Predizione Dati L ~ 10 km L ~ 13500 km (cos  (cos 

13 Mappa dei raggi cosmici osservati da ARGO 542 giorni di presa dati  0.06%  0.1%

14 Cenni storici Nel 1933 il fisico italiano B. Rossi osserva i primi sciami cosmici in Eritrea. Nel 1938, usando diversi rivelatori distribuiti a grandi distanze sulle Alpi, P. Auger ripete l'osservazione. La componente principale dei raggi cosmici a livello del mare e' composta da muoni e neutrini. Il flusso dei muoni a livello del mare e' 1 particella cm  min  

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