Il 1911 fu un anno di grande rilievo per la fisica e per l’astrofisica: Ernest Rutherford dimostrò tramite raggi di particelle alfa l’esistenza del protone e propose la teoria dell’ atomo come lo conosciamo oggi, basata sull’ idea di elettroni orbitanti intorno ad un nucleo. Nello stesso anno Victor Hess, fisico austriaco, aveva intuito che una strana radiazione rilevata al suolo poteva provenire dallo spazio.
Armato solamente di particolari elettroscopi effettuò le sue ricerche con palloni aerostatici, decollando per la prima volta nel 1911. Tramite i suoi rilevamenti, dimostrò che la radiazione aumentava con l’aumentare dell’altitudine: scoprì così i raggi cosmici, pubblicando il suo lavoro nell'agosto del 1912. Una scoperta che gli fece assegnare nel 1936 il premio Nobel per la fisica.
Possiamo quindi dire che la fisica delle particelle e delle astro-particelle nascono nello stesso anno. Rutherford aveva introdotto l’ idea di far scontrare fasci di particelle con atomi, un principio che è praticamente rimasto invariato ed ha portato alla costruzioni di strumenti come l’ LHC al CERN. Hess aveva invece dato il via ad una ricerca che ha conosciuto una grande evoluzione di metodi di indagine.
Proposito Scientifico
Lo scopo della spedizione scientifica VHANESSA (acronimo di Victor Hess Airballoon new expedition searching signal of astroparticles) unica in Italia ed in Europa ed organizzata dal G.A.T. è quello di celebrare il centenario della scoperta di Victor Hess. Un pallone ascensionale (mongolfiera) con a bordo il pilota e due delegati del G.A.T. raggiungerà una quota di almeno 6000 amsl e sarà attrezzato per effettuare misure dosimetriche della radiazione ionizzante presente in atmosfera ad alta quota.
La spedizione partirà da Sant Antonino (CH) (in Lombardia è impossibile fare voli ad alta quota), i rilevamenti a bordo del pallone VHANESSA saranno effettuati circa ogni 1000 m di quota come faceva V. Hess, utilizzando due contatori Geiger, due rivelatore di muoni ed un elettroscopio (ricostruzione simbolica funzionante). A differenza di quanto sapeva il fisico Austriaco, noi abbiamo il vantaggio di conoscere quello che andremo a misurare. La spedizione ha quindi un grande valore storico e rievocativo. Sarà interessante confrontare direttamente le misure rilevate sia con i dati storici che con quelli più recenti: potrebbero anche emergere notevoli sorprese.
Previsioni:
Il flusso di muoni dal livello del mare fino a 9000 m dove i muoni sono in compagnia dei pioni, è quasi la stessa, cambia invece l’energia che è superiore. La particella più abbondante dopo il muone è il pione nelle sue tre forme π+ π- π° : a 6000m il flusso non è alto ma comunque superiore che al livello del mare. In quota è prevista anche la presenza di neutroni e protoni che sono stati rilevati fino a livello del mare ma con un flusso estremamente basso: al momento, però, i neutroni non abbiamo modo di rilevarli. Quello che ci si aspetta sicuramente di trovare è comunque la presenza di mesoni o elettroni che possano produrre un aumento generale della materia ionizzante.
Ecco le previsioni. Il primo contatore Geiger impostato per rilevare raggi beta e gamma dovrebbe segnare progressivamente una maggiore radioattività Il secondo contatore con funzione scaler (una funzione che conta gli impulsi in un determinato tempo) dovrebbe dare valori progressivamente maggiori, come negli elettroscopi di Hess. I rivelatori di muoni impostati per il rilevamento coincidente dovrebbero contare solo muoni: a 6000 m il loro numero non è più elevato che a 500m (anche se sono più energetici) quindi non ci si aspetta di vedere un aumento.
Incognita pioni:
Se dovesse esserci una notevole presenza di mesoni K o soprattutto Pi, sono necessarie alcune considerazioni. Poichè i pioni hanno un decadimento molto più breve dei muoni bisogna prima capire se essi hanno abbastanza tempo per “attraversare” la distanza tra i due tubi del rilevatore amd3(circa 9 cm), onde produrre un impulso coincidente. Per fare questo è sufficiente una semplice moltiplicazione tra la velocità (che è circa = C) e il tempo di decadimento (26 ns). Applicando per sicurezza anche un valore di velocità di gran lunga inferiore (ad esempio 0,8 C) si trova che il pione compie almeno 6,24 m prima di decadere: perciò (essendo circa 9 cm la distanza tra due tubi), anche senza applicare il fattore di Lorentz, siamo già sicuri che anche i pioni verranno rilevati come i muoni. Purtroppo distinguere pioni da muoni sembrerebbe impossibile.
Ma, almeno in teoria, una possibilità esiste.
Sapendo che il flusso di muoni è praticamente costante con la quota, si potrebbero fare misure ogni 500-1000 m: se i rilevamenti mostrassero una crescita con la quota, è chiaro che le differenza (rispetto al valore a bassa quota tipico dei muoni) equivarrebbe ad un conteggio di pioni. Già questo sarebbe stupefacente!!
APPUNTAMENTO A NOVEMBRE RINVIATO A GENNAIO 2012
La spedizione prevista per Novembre 2011, per problemi meteo è stata rinviata ed è finalmente partita il 11 Gennaio 2012 questi sono i mesi in cui la stabilità dell'aria permette voli ad alta quota. I risultati delle misure effettuate e un report accurato sarà pubblicato sul sito: www.astroparticelle.it e sul sito:www.gruppoastronomicotradatese.it. Verranno inoltre preparati articoli per riviste scientifiche.
Strumentazione di bordo:
Dosimetro
Contatore geiger
Rivelatore-contatore di muoni
Rivelatore-contatore astroparticelle
Elettroscopio
Altimetro-Barometro
PMR Ricetrasmittente
GPS
Strument. dotazione dell’aerostato:
Transponder
GPS
Radio di servizio
Altimetro
Pilota: Ernesto Merz, CEO Pilot instructor and chief flight instructor (www.balloons.ch)
Coordinamento tecnico della spedizione a cura di: Marco Arcani