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Micro-Adventure: Raggi cosmici in funivia

Prima della scoperta dei raggi cosmici, molti scienziati fecero misure dai luoghi più disparati per comprendere la natura di quella radiazione ionizzante e molto penetrante che veniva rilevata ovunque. Dalle torri più alte, alle cime delle montagne, da sott'acqua al mare, ai laghi d'alta quota; ci vollero anni per capire la provenienza di tale radioattività. Il rebus fu risolto nel 1912 da Victor Hess con i voli in pallone, il quale che capì che la fonte della radiazione doveva trovarsi al di fuori dal nostro pianeta.

Oggi questi corpuscoli radioattivi li chiamiamo raggi cosmici perchè provengono dal cosmo, ma in realtà non sappiamo ancora bene da quale parte del cielo provengano. Quello che sappiamo bene invece è che più si sale in quota, più il loro numero aumenta.

 


Partenza della funivia da Staffa (Macugnaga)

 

Radiazione in funivia

Una delle prime funicolari costruite in Europa è la funivia del colle di Bolzano, la cui inaugurazione risale al 1908. Quindi questo mezzo di trasporto era già in uso agli inizi del novecento durante la fase "investigativa" dei raggi cosmici, malgrado ciò, sembra che non vi siano testimonianze di misure fatte a bordo di funivie.


Funivia di Bolzano del 1908 (fonte:Provincia di Bolzano)

 

Il problema principale delle misure di radioattività a diverse quote (inferiori a 3500 m) è che la differenza non è così tangibile, se non utilizzando strumenti sensibili e molta statistica. Soprattutto la differenza netta nei valori registrati inizia ad affermarsi sopra i 3000-3500 m di altitudine (come abbiamo ben dimostrato in altri esperimenti).

Di seguito riportiamo una misura sulla variazione di altitudine durante lo spostamento in funivia. La differenza rispetto alle misure convenzionali in cui si misurano i valori medi a diverse altitudini, consiste nel fatto che la registrazione è avvenuta in modo continuo durante tutto il viaggio.

 

Il rivelatore

Lo strumento utilizzato è un AMD5-MiniLab (AMD5 compresso nel minor spazio possibile) funzionante a batterie, che può funzionare come dosimetro, contatore Geiger o contatore di raggi cosmici. Per la registrazione dei dati è equipaggiato con un registratore di impulsi audio, una soluzione resa necessaria per alleggerire il più possibile lo strumento e allo stesso tempo contenere le dimensioni e il consumo energetico.

 

Le tracce audio sono analizzate - a seconda dei casi - o con un software di editing audio in cui sia possibile visualizzare lo spettro sonoro, oppure con una versione apposita di AstroRad.


Spettro audio (parte della fase di discesa), si può notare anche a vista
che la frequenza (numero di particelle) diminuisce verso destra, mentre l'ampiezza del segnale non è indicativa.

 

Le misure di radiazione cosmica

Questa ricerca è stata intrapresa a Macugnaga, dove la veloce funivia collega Staffa (1300 m) al Monte moro (2800 m) passando per una breve sosta intermedia (cambio funivia) dell'Alpe Bill.


Funivia dall'Alpe Bill (1600 m) al Monte Moro

 

 

Oltre ai dati della radiazione, un GPS ha permesso di ottenere i dati delle quote di percorso e sincronizzarle coi dati del rivelatore.

 

 

Le misure di radiazione sono state fatte con la funzione "dosimetro", il che implica il funzionamento con i due tubi GMT che raccolgono i segnali di tutte le particelle ionizzanti che incontrano; tali segnali sono trasformati dallo strumento in impulsi e registrati su una memoria SD, il conteggio viene successivamente trasformato in dose dopo l'analisi e la conversione dei dati.

Come dicevamo, la statistica - intesa come durata di tempo nelle misure - è importante in queste attività, la dimostrazione è visibile nelle due misure fatte durante la salita e la discesa, riportate di seguito.

 


Grafico della salita della funivia, notare il grafico interno (in verde) del GPS.

 

Durante la salita l'aumento non è così evidente, un occhio esperto potrà comunque scorgere l'integrazione maggiore alla quota più elevata, ma per rendere evidente l'aumento basta tracciare la linea di tendenza (la linea rossa) che evidenzia come i dati siano sicuramente in aumento.

 


Grafico della discesa della funivia, notare il grafico interno del GPS.

 

Il grafico dei dati in fase di discesa invece è lampante ed evidenzia perfettamente la diminuzione di particelle da 2800 m fino a 1300m di quota.

I muoni

Meno fortunate invece le misure dirette sui muoni dei raggi cosmici ottenute col metodo delle coincidenze tra GMT. La differenza infatti è risicata per via della durata limitata delle misure, protratte solo per una manciata di minuti e anche perchè lo strumento è stato impostato con una strettissima soglia di coincidenza; basta infatti un muone in più o in meno per far pendere l'ago della bilancia più da una parte che dall'altra.

 


Raggi cosmici a differenti altitudine (tramite metodo delle coincidenze)

 

Il valore medio di muoni misurati a 2800 m di quota è risultato essere di 29.28 (±7.4)* contro i 25.38 (±6.6)* a 1300 m, l'errore molto alto tra le parentesi è indice di bassa affidabilità statistica.
(*valori relativi convertiti in flusso m2/s/sr)

M.A.

Curiosità:


La "Madonna delle Nevi" a 2950 m di quota

 


Il ghiacciao "Belvedere" sotto al massiccio del Monte Rosa, visto dalla funivia. Il ghiaccio è ormai confinato alle quote più alte.

 

 

 

 

 


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Astroparticelle.it compie 10 anni!

Era il 19 maggio 2010 quando per qualche misterioso impulso decisi di registrare il dominio "astroparticelle.it" dedicato allo studio sui raggi cosmici. Sono passati solo dieci anni, eppure nel frattempo sono cambiate moltissime cose; dieci anni fa le nozioni sulle particelle cosmiche erano confinate in qualche sintetico paragrafo di pochi libri di astronomia, oppure trattate in pubblicazioni specializzate. In dieci anni si può dire che a livello popolare e scolastico ora questa materia è sicuramente conosciuta. La spinta principale credo sia dovuta al centenario del 2012 che ha rilanciato questi temi a livello popolare e ha alimentato la scrittura di molti articoli e libri, tuttora credo siano quattro i libri in italiano reperibili sui raggi cosmici. Nel 2012 insieme alla spedizione VHANESSA in mongolfiera è stato inaugurato il primo "International Cosmic Day" e nel 2013 è nato il nostro progetto ADA, così questa disciplina scientifica non poteva non dilagare anche in ambito scolastico.


La homepage così come appariva nel 2010.

In questa decade sono stati fatti anche grandi passi in campo tecnologico, basti pensare alle tomografie a muoni, al rilevamento dei raggi cosmici tramite le onde radio o all'utilizzo degli isotopi cosmogenici nel campo della datazione di elementi ed eventi geologici e molto altro. Credo che un piccolo merito sulla divulgazione della fisica dei raggi cosmici sia da attribuire a questo portale, a tutte le persone che vi hanno collaborato e che hanno saputo intuire le potenzialità di questa materia incredibilmente multidisciplinare. Sono davvero molti quelli che hanno contribuito al sito astroparticelle, ai suoi esperimenti e al progetto ADA, persone anzi direi scienziati che dovrei ringraziare uno ad uno, ma che evito di elencare solo per il terrore di dimenticare qualcuno (ma presto ci dovrò provare). Attualmente sono oltre trentotto gli studiosi coinvolti nel progetto ADA e più di cento gli iscritti che ricevono la newsletter annuale.

Per celebrare i dieci anni erano in progetto alcune novità, la situazione COVID-19 ha ovviamente bloccato anche questo, ma il 2020 non è ancora finito e vedremo se nei prossimi mesi sarà possibile recuperare qualcosa...

M.A.


Conferenza streaming online 25.05.2020 ore 21.00

Il ruolo dei raggi cosmici nello studio di pianeti e meteoriti
Rel. Marco Arcani

Particelle subatomiche generate dalle stelle si diffondono nello spazio, sono chiamate astro-particelle o raggi cosmici. La fisica dei raggi cosmici è una scienza multidisciplinare che negli ultimi decenni ha visto una rapida evoluzione in molti dei suoi settori, come quello della datazione degli elementi. Le raffinate analisi di laboratorio abbinate ai modelli di intelligenza artificiale permettono oggi di ottenere risultati molto più precisi rispetto a qualche decina di anni fa. I raggi cosmici come proiettili bombardano perennemente l’atmosfera e modificano gli elementi chimici che incontrano in aria e al suolo. Il carbonio radioattivo o C-14 è l’isotopo più noto creato dalle particelle cosmiche, con questo elemento si possono datare i reperti organici, cioè quelli “viventi” come tessuti naturali, opere in  legno ed esseri del regno animale. Esistono tanti altri elementi prodotti dai raggi cosmici che permettono oggi di datare le rocce e gli eventi geologici e climatici nel passato. Ma c’è molto di più, coi neutroni cosmici possiamo sapere se il suolo dei pianeti che studiamo contiene l’essenza della vita, ovvero l’acqua. Le meteoriti invece ci raccontano la storia del sistema solare attraverso la scrittura delle particelle cosmiche incise nella loro intima natura. La radiazione cosmica che può essere letale per le forme di vita, mostra anche la sua faccia opposta andando a seminare elementi utili alla creazione di un’atmosfera e un ambiente adatto per la formazione di vita primordiale a base di carbonio. Questo è quello che si osserva nelle atmosfere di pianetini del sistema solare come Titano (il satellite maggiore di Saturno) e nei pianeti extrasolari simili alla Terra.





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Così i raggi cosmici diedero un senso alla vita

In un articolo pubblicato su ApJ due ricercatori della Stanford University ipotizzano che alla base dell’omochiralità biologica – la prevalenza di un orientamento strutturale delle molecole tra due possibili versioni alternative – vi sia l'interazione tra proto-organismi antichi e raggi cosmici polarizzati...


Fonte: INAF



☄ Il libro Astroparticelle

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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.

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