Astroparticelle - schegge per lo sviluppo della conoscenza...

In realtà non conosciamo nulla, perché la verità sta nel profondo. (Democrito)

 
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27/07/2017
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telescopio per raggi cosmici AMD7

Le immagini sono state ottenute grazie al lavoro di questo piccolo strumento, un telescopio per raggi cosmici AMD7 montato su una montatura girevole graduata, simile a quella di un telescopio ottico.

 

Questa è l'immagine principale ottenuta con il metodo descritto nel testo. I punti cardinali indicano la direzione dei vari rilevamenti dello strumento e sono "invertiti" rispetto a come un astronomo è abituato a guardare il cielo.

 

E' possibile visualizzare istantaneamente il numero di raggi cosmici contati tramite lo strumento contagocce incorporato nel browser Internet Explorer; infatti i componenti (colori) RGB indicano R=numero di eventi con 1 particella al minuto, G= numero con 2 particelle al minuto e B= numero con 3 o 4 particelle al minuto (vedi testo).

Per fare comparire il contagocce (solo I.E.) dal menu strumenti selezionare strumenti di sviluppo web (scorciatoia tasto F12) e quindi dal menu strumenti selezionare 'mostra contagocce'.

 

Questa immagine rappresenta la luminosità totale, ovvero la somma di tutte le particelle contate al minuto.

In fine questa è l'immagine dei raggi cosmici sovrapposta all'immagine di un planisfero.
I punti cardinali in questo caso appaiono esattamente come se si stesse guardando in cielo.

 

 

 

 

 

 

Il libro AstroParticelle

26.09.2013 - Un viaggio scientifico tra i raggi cosmici raccontato attraverso la storia, le invenzioni i rivelatori e gli osservatori; senza trascurare gli effetti che essi producono coinvolgendo numerose discipline scientifiche tra cui astrofisica, geofisica e paleontologia.

Libro AstroParticelle

 

Un'istantanea del cielo a muoni.

   The muon sky 
 

Introduzione:

Un lavoro durato più di due mesi ha permesso di ottenere una "fotografia del cielo a raggi cosmici" (prevalentemente muoni). L'immagine ottenuta (è possibile visualizzarla in diversi modi qui sopra) è un'istantanea della distribuzione media del flusso dei raggi cosmici secondari che colpiscono il suolo alle nostre latitudini.
Le foto mostrano sia la chiara dipendenza dei raggi cosmici dall'angolo di zenit che l'effetto geomagnetico il quale fa in modo che sia illuminata maggiormente la parte Ovest (in questo specifico caso Nord-Ovest).
Le misure sono state ottenute con il rivelatore di raggi cosmici AMD7 perchè ha un angolo di visione abbastanza acuto nonostante il basso numero di conteggi di particelle al minuto.

 

image of the muon sky
Animazione e sequenza dell'analisi grafica di luminanza di superficie dell'immagine ottenuta.

Alcuni limiti nelle misure

Per evitare complicazioni, va considerato che durante i rilevamenti sono state trascurate le variazioni nel flusso dei raggi cosmici dovute a fenomeni atmosferici o a mutazioni nell'attività solare. Un altro fattore da considerare è che lo strumento misura particelle che attraversano i tre tubi Geiger in coincidenza (per approfondire visitare le altre pagine del sito relative ai rivelatori), tuttavia quando è posizionato a bassi angoli di elevazione (da 0 a 30°), cioè quasi paralleli al suolo, non è da escludere che i tre GMT (Geiger Muller Tube) siano interessati da particelle diverse che interessano contemporaneamente i GMT (effetto shower). Per evitare questa possibilità servirebbero altri GMT e circuiti di anti-coincidenza, una configurazione piuttosto complessa. In questo caso quindi i risultati saranno affetti da questo piccolo errore.


[1]Rappresentazione dell'angolo di azimuth (phi) e angolo di zenit (theta) con l'angolo solido (omega).


Animazione dell'analisi grafica di luminanza in falsi colori, il picco più alto (particelle più numerose) si trova nella zona Ovest - Nord Ovest.

 

Dipendenza dall'angolo di zenit

I raggi cosmici secondari si propagano in modo isotropico (omnidirezionale), non sono infrequenti anche particelle che viaggiano in orizzontale o che addirittura si propagano verso l'alto come nel caso del positrone scoperto da Anderson nel 1932. L'intensità omnidirezionale si ricava da questa formula:

[1]

che è ottenuta dall'integrazione dell'intensità direzionale sotto tutti gli angoli (zenit, azimuth e angolo solido considerato, vedi grafico sopra).

Siccome: [1]

 

L'intensità si può scrivere anche così:

[1]

L'intensità (J2) dipende quindi dagli angoli di zenit e azimuth, tuttavia la dipendenza dall'angolo di azimuth è poca e trascurabile (solo se non si considera l'effetto est-ovest) per cui l'intensità può essere scritta più semplicemente come:

[1]

Come si può notare l'intensità è fortemente dipendente dall'angolo di zenit e la dipendenza può essere espressa come:

[1]

L'attenuazione è diversa a seconda del tipo di particella, l'esponente ni del cos dipende dalla densità atmosferica (g/cm2) e dall'energia E delle componenti (i minuscolo) considerate.

Non proprio semplice da calcolare perchè bisogna conoscere energia e tipo di particella; formule a parte, l'intensità dipende fortemente dall'angolo di zenit semplicemente perchè la densità dell'aria cambia a seconda dell'angolo di incidenza. Le particelle che "viaggiano" con angolo di zenit=0 attraversano meno aria viaggiando in verticale (percorso più breve) rispetto a quelle che percorrono un certo angolo; quindi le prime perdono meno energia e riescono ad arrivare fino al suolo.

 


Sopra e sotto, frame dell'intensità misurata col metodo della luminanza.

   

Qui sopra il risultato dell'analisi statistica (statgraphics) con il grafico (sotto) relativo al flusso in funzione dell'elevazione (altezza h dall'orizzonte, se h= 90° angolo di zenit=0°).

Questo grafico che meriterà una successiva analisi, mostra due cambi di pendenza, uno intorno ad h=36° ed uno intorno ad h=63°, il primo potrebbe dipendere dall'effetto shower, i valori da 0 a 36° infatti potrebbero essere minori se ci fosse anche un circuito di anti coincidenza.

Dai numeri alle immagini

Come si nota dalla tabella sottostante ad ogni misura (24h) sono stati ricavati il numero di particelle totale, e il numero di eventi con 1,2,3 o 4 particelle al minuto, non sono stati registrati eventi con numero superiore di 4 particelle al minuto.

Siccome il numero di particelle contate arrivava al massimo intorno ai 250-300, ho pensato di utilizzare i valori dei colori RGB per creare graficamente delle sfumature relative ad ognuno dei sei settori di misura considerato (Ovest, 210°N, 150°N, Est, 30°N, 330°N).

Al valore del rosso R, è stato attribuito il numero di eventi con 1 particella al minuto, al valore verde G il numero di eventi con 2 particelle al minuto e al valore blu B il numero di eventi con 3 o 4 particelle al minuto. Come noto i valori RGB sono attribuiti da 0-255, ovvero 256 valori (codice binario 2 elevato all'ottava potenza, infatti 256x256x256 fanno i fatidici 16 milioni di colori). Siccome in alcuni casi i valori superavano il 255 il valore eccedente è stato diviso per due ed aggiunto a quello degli eventi con due particelle, ma come si può vedere dalla tabella solo in pochi casi si è ricorso a questo espediente.

Per ogni settore misurato dallo strumento è stata tracciata una relativa "fetta di torta" tramite lo strumento sfumatura di un software di grafica a cui è possibile attribuire un valore specifico in un dato punto. L'insieme di queste fette è andata a formare l'immagine ottenuta.

Allo stesso modo è stata realizzata l'immagine relativa agli eventi totali, essendo il valore totale unico, è stato dato lo stesso valore ai parametri R,G e B ottenendo così un'immagine monocromatica.

L'artificio di attribuire i valori dei dati ai valori dei colori RGB, rende possibile anche la misura dei dati direttamente sull'immagine tramite lo strumento contagocce (vedi box sopra a lato) incorporato nel browser Internet Explorer e disponibile come strumento aggiuntivo (plugin) per gli altri browsers.

 

 

Qui sotto i dati ricavati nelle varie misure:

  Elevazione ° TOT 1 event/min 2 event/min 3 event/min 4 event/min
W (270°) 00-09 73 72 1
09-18 69 65 4
18-27 103 101 2
27-36 137 132 4 1
36-45 138 132 4 2
45-54 167 160 7
54-63 194 183 8 3
63-72 255 239 15 1
72-81 233 222 9 2
81-90 263 246 15 2
S-SW (210°) 00-09 83 80 3
09-18 92 88 4
18-27 107 106 1
27-36 124 118 6
36-45 141 133 7
45-54 180 166 14
54-63 211 198 13
63-72 230 220 9 1
72-81 251 233 17 1
81-90 279 257 22
S-SE (150°) 00-09 71 70 1
09-18 80 77 3
18-27 102 99 3
27-36 120 116 4
36-45 172 160 11 1
45-54 201 191 9 1
54-63 240 218 21 1
63-72 281 255 26
72-81 280 251 28 1
81-90 254 240 12 2
E (90°) 00-09 65 64 1
09-18 74 74
18-27 91 88 3
27-36 123 118 5
36-45 168 163 5
45-54 159 151 8
54-63 171 161 9 1
63-72 225 208 16 1
72-81 263 244 17 2
81-90 288 272 16
N-NE (30°) 00-09 87 86 1
09-18 82 78 4
18-27 118 115 3
27-36 131 119 12
36-45 188 176 12
45-54 196 187 9
54-63 205 193 11 1
63-72 264 240 24
72-81 247 233 14
81-90 267 248 18 1
N-NW (330°) 00-09 62 62
09-18 91 91
18-27 108 104 4
27-36 138 136 1 1
36-45 185 173 11 1
45-54 189 181 7 1
54-63 192 180 12
63-72 254 231 20 3
72-81 306 282 23 1
81-90 279 258 18 3

[1] Peter K.F. Grieder, COSMIC RAYS AT EARTH Researcher's Reference and Data Book Manual, Elsevier 2001

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