I raggi cosmici

In breve, i raggi cosmici sono elementi subatomici - per la maggior parte protoni - che si muovono liberamente nello spazio a velocità vicine a quelle della luce e pertanto trasportano moltissima energia. Lo scontro di questi protoni con qualsiasi materiale provoca qualcosa di molto simile a una esplosione, la quale si manifesta in una produzione di migliaia di altre particelle (definite secondarie), tra cui ad esempio elettroni e muoni che giungono fino a terra. Nei pianeti con atmosfera propria, l’interazione dei raggi cosmici con gli atomi dell’aria crea dei getti di particelle che sono chiamati sciami secondari. Sulla Terra le prime interazioni avvengono a circa 70-100 km di quota e la produzione copiosa di particelle si assesta intorno ai 15 km (massimo di Regener-Pfotzer a 100 mm Hg).

 

La Storia

La storia del progetto nasce in seguito all’esperienza in mongolfiera del 2012 - la spedizione VHANESSA per celebrare il centenario della scoperta dei raggi cosmici - questo in qualche modo ha stimolato lo sviluppo di un’idea: trovare un metodo per portare la fisica dei raggi cosmici oltre il puro campo accademico che potesse essere di interesse e utilità non solo ad appassionati, ma anche a studenti delle scuole superiori, o a qualsiasi persona curiosa dal punto di vista scientifico.

ADA è nato a Venegono inferiore (VA), inizialmente con tre sole stazioni, agli albori la collaborazione del Gruppo astronomico di Tradate e dell'Istituto di Istruzione Superiore di Cariati (CS) è stata fondamentale per promuovere questo progetto scientifico.

La fisica dei raggi cosmici è una materia multidisciplinare e quindi si adatta a molte attività che possono essere trattate negli istituti scolastici; essa coinvolge fisica, statistica, matematica, fisica delle particelle, astrofisica e tecnologie dei rivelatori, in effetti tutte queste materie sono raccolte in un’unica disciplina che oggi viene chiamata fisica delle astroparticelle.

 

ADA su Symmetry

20 Gennaio 2023, questa data rimarrà emblematica nella storia di ADA, il Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI) ha pubblicato sul giornale in open access Symmetry un nostro articolo sul progetto ADA coi risultati più significativi ottenuti. La pubblicazione ha ufficialmente consacrato l'esistenza di ADA in campo accademico. Questo è il frutto di: molto lavoro di studio, di ricerca e sacrifici; la fiducia di molte persone, insegnanti e appassionati; non ultimo l'accortezza e lungimiranza di Tadeusz Wibig, un professore e ricercatore dell'Università di Lodz in Polonia, che per "caso" si è accorto della validità di un esperimento italiano, ormai diventato internazionale.

Il progetto ADA

Per rivelare i raggi cosmici a terra, i grandi osservatori professionali usano il sistema delle matrici o array. In sostanza vengono schierati numerosi rivelatori su un’ampia superficie e grazie all’organizzazione dei dati raccolti da ogni singolo rivelatore si riescono a ottenere moltissime informazioni sulla natura delle particelle cosmiche. Più è grande la superficie impiegata, più è grande il numero di rivelatori utilizzati e maggiori sono le possibilità di indagine.

Il prof. Arcidiacono del "Polo scolastico 2 Torelli" di Fano (PU) riassume egregiamente il funzionamento del rivelatore AMD5 e del progetto ADA.

Un nuovo e aggiornato "documentario" sul progetto ADA sarà inserito a breve

 

Concettualmente il progetto ADA funziona sullo stesso principio di funzionamento degli osservatori professionali ed è rivolto a scuole, istituti, osservatori e privati che vogliano contribuire a realizzare un 'osservatorio a matrici' per raggi cosmici distribuito su tutto il territorio nazionale e oltre.

 

Funzionamento di ADA

Il progetto prevede l'utilizzazione (o la realizzazione) di un rivelatore di muoni a tubi Geiger come l'AMD5 che deve essere sistemato in una postazione fissa e dovrebbe funzionare 24 ore su 24. Ogni strumento diventa così una cellula di un sistema (matrice o array) collegato in rete internet.

Il rivelatore è dotato del proprio software e collegato a un qualsiasi computer (con sistema operativo windows), tramite porta usb esegue il conteggio dei raggi cosmici con possibilità di esportare grafici e dati, infatti pur mantenendo l'aspetto di un esperimento divulgativo, i risultati ottenuti saranno molto interessanti e permetteranno all'insegnante di far comprendere agli studenti il giusto modo di fare scienza.

Oltre alle varie attività che si possono sperimentare individualmente, il detector AMD5 può anche essere impiegato nel corso della giornata ICD (International Cosmic Day) che è organizzata ogni anno da DESY a livello internazionale.

 

Scopi del progetto ADA

Tra gli scopi principali del progetto vi è quello di indagare gli sciami EAS (Extensive Air Shower) prodotti da raggi cosmici UHECR (Ultra High Energy Cosmic Rays), particelle di altissima energia che provengono da acceleratori di particelle cosmici come le supernovae. Il vantaggio di avere rivelatori coordinati garantisce la possibilità di rilevare qualche evento astronomico anomalo di questo tipo; ADA in effetti ha le potenzialità di misurare eventi straordinari. Da diversi secoli siamo in attesa dell'esplosione di una supernova nella nostra Galassia, nel caso di un evento di questo tipo, grappoli di particelle primarie potrebbero arrivare contemporaneamente dalla stessa supernova e generare sciami atmosferici contemporanei su aree diverse. Questo porterebbe a misurare un flusso di particelle (muoni) più alto nella stessa unità di tempo anche tra rivelatori molto distanti tra loro. Naturalmente è importante avere un gran numero di rivelatori in rete per poter dare forza a questa ipotesi, nel caso dovesse manifestarsi una tale eventualità. Nella storia dei raggi cosmici finora nessun osservatorio ha assistito a un evento supernova (o simile) avvenuto nella nostra Galassia e nessuno sa se avremo la "fortuna" di vederlo.

Nel corso degli anni ci siamo accorti anche della validità delle misure a lungo termine, in relazione coi parametri ambientali e su questi aspetti di geofisica sono in corso ulteriori approfondimenti nei vari siti di ADA.

 

Don Maurizio Canti che gestisce la stazione ADA di Gornate Superiore (VA) ci parla di Bruno Rossi e dei raggi cosmici.

 

 

ADA oggi (aggiornato a gennaio 2023)

Attualmente sono installati ventisei rivelatori AMD (non tutti operativi in rete), di cui venti in Italia (uno dei quali adibito a misurazione di radioattività ambientale), uno in Svizzera e due in Lussemburgo.

 

Per maggiori informazioni sui raggi cosmici UHECR e sul progetto ADA scaricare o richiedere i documenti esposti qui a fianco.

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Di seguito lo schema di principio di ADA:

 

 

 

 

Il rivelatore AMD5 può essere costruito in proprio seguendo alcune linee guida, oppure a richiesta, previo rimborso spese, può essere fornito montato pronto all'uso. Per le scuole l'insegnante di Scienze, Fisica o Elettronica, potrà così utilizzare tale strumento anche come veicolo per applicare temi di studio già in programma e associare parti teoriche con la pratica.

Collegato in rete internet ogni rilevatore diventerà un prezioso tassello di un array che in modo del tutto trasparente durante il suo normale funzionamento, invierà i rilevamenti ad un server che raccoglierà i dati in un archivio digitale da cui chiunque potrà accedervi e fare analisi.

Il portale www.astroparticelle.it funziona come concentratore che preleva i dati da ogni server, fa’ una prima analisi e ne permette la consultazione online da qualsiasi utente collegato a internet.

 

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Schema funzionale:

 

 

 

Principio di funzionamento del rivelatore, oltre a salvare i dati sul computer locale, il software invia periodicamente ed automaticamente i dati al web-server tramite protocollo FTP. L'intervento individuale per l'analisi dei dati raccolti è definito dalle proprie disponibilità di tempo da dedicare ad ADA. Per questo motivo sono a disposizione alcuni tools per raccogliere la media giornaliera o mensile con lo scopo di inserirli in un database.

 

 

 

 

 

 

La Pagina di riferimento dei rivelatori distribuiti nei vari istituti che aderiscono al progetto ADA: A.D.A Array

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