Breve storia delle Astroparticelle

22/05/2010

Il Curatore

Astroparticelle o Raggi cosmici?

Non c'è una distinzione reale tra i due termini, astroparticelle è un neologismo dei raggi cosmici tuttavia farei una distinzione formale tra i raggi cosmici spaziali che arrivano fino all'atmosfera terrestre e le astroparticelle che arrivano fino al suolo terrestre. Infatti queste ultime sono composte da materiale "autoctono" in quanto prodotte dalla collisione dei raggi primari che scontrandosi con gli atomi presenti in atmosfera arrivano fino a terra.
L'origine dei raggi cosmici può essere solare, galattico(es.supernove)ed extragalattico (es.galassie attive).

(Ph. Auger.org)

Sappiamo che i raggi cosmici che viaggiano nello spazio sono composti prevalentemente da protoni per il 90%, neutrini, elettroni, nucleoni di varia natura e fotoni ad alta frequenza. Poichè queste particelle hanno tutte una grande energia, quando collidono con gli atomi che compongono l'atmosfera, (fatta eccezione per i neutrini che hanno un bassa interazione con la materia) formano uno sciame di particelle secondarie che raggiungono il suolo terrestre, queste particelle sono composte prevalentemente di elettroni, muoni e pioni.

Quindi la fisica delle astroparticelle è quella disciplina che si occupa dello studio di tutte queste particelle elementari, primarie e secondarie provenienti dal cielo e dallo spazio.

La scoperta di questo fenomeno è dovuta ad un fisico austriaco,Victor Hess che tra il 1911-12 , tramite una serie di missioni con palloni aerostatici, scopre i raggi cosmici.

(Ph. Nasa)

Era solo da qualche anno che Joseph Thomson aveva scoperto l'elettrone (1897) tramite esperimenti con i tubi catodici. Max Planck nel 1900 quantizza la radiazione elettromagnetica e A. Einstein applicando la scoperta di Planck scopre il fotone (1905).

Nel 1911 Rutherford tramite fasci di particelle alfa scopre il protone,proprio quando Hess inizia le sue ricerche, questo per dire, che probabilmente Hess aveva intuito cosa dover cercare.

Possiamo quindi dire che la fisica delle particelle e delle Astroparticelle nascono nello stesso anno, Rutherford aveva iniziato un tipo di metodo di indagine, quello di scontrare fasci di particelle con atomi, che come principio è praticamente rimasto invariato, Hess aveva dato il via ad una ricerca che ha invece conosciuto una grande evoluzione di metodi di indagine.

Per continuare la carrellata sulla storia delle particelle, nel 1923 Compton conferma la natura quantistica della radiazione elettromagnetica (raggi x).

Nel 1932 viene scoperto il positrone e+ (Nobel 1937), e parallelamente Chadwick scopre il neutrone.

Nel 1937 viene scoperto il muone e nel 1947 il pione (famiglia dei mesoni, premio Nobel 1950)

Nel 1932 Pauli già ipotizzava l'esistenza del neutrino per spiegare la massa mancante nel decadimento beta, nel 1956 Frederick Reines e Clyde Cowan riuscirono a rilevare bilioni di neutrini uscenti da un reattore nucleare.

Nel 1938 Pierre Auger dimostrò che le particelle dei raggi cosmici raggiungono il suolo, così la sua ricetta fu quella di organizzare grandi dispiegamenti di rivelatori a terra, 24 anni dopo il rilevatore VOLCANO (Usa) registrò un evento di 10²⁴ EV, iniziò così il mistero dei raggi cosmici.

All'inizio degli anni '70 Raymond Davis (UsA) ebbe successo nel rilevare i neutrini solari in un rivelatore sotterraneo. Le misure tuttavia rivelarono 1/3 dei neutrini previsti, la spiegazione di ciò fu ipotizzata da Bruno Pentecorvo (Ussr) pensando che il neutrino potesse trasformarsi in diversi tipi. Oggi questo effetto è conosciuto come oscillazione del neutrino, sappiamo che il neutrino ha tre possibili varianti (sapori) e l'oscillazione tra i tre sapori è possibile solo assumendo che il neutrino abbia massa.

Arriviamo così ai giorni nostri con grandi strutture tecnologiche per il rilevamento delle astroparticelle, come ad esempio i telescopi Cherenkov, l'utilità di questi strumenti è notevole perchè registrando le emissioni cherenkov prodotte dai raggi gamma ad alta energia (VHE) ci forniscono un'indicazione sulla provenienza della sorgente.

(Hess telescope, Ph. physorg.com)

(Bibliografia: Aspera-eu.org, L'atomo e le particelle elementari M.Teodorani)