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!!