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18/12/2018
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Micro-Adventure: Raggi cosmici in funivia

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La radiazione cosmica nei voli aerei

radiazione cosmica e spaziale in aereo

 

 

cosmic rays simulator in GMT detector

AstroRad 401LE: Versione di valutazione per insegnanti e sperimentatori; il software contiene un simulatore di raggi cosmici al fine di provarne il funzionamento e utile per scopi didattici (vedere anche la sezione AstroRad).

Air Shower simulator (Università di Chicago)

 

 

 

 

rivelatore di muoni

 

Introduction to Particle and Astroparticle Physics
Questions to the Universe

Questo è il primo volume in cui la fisica delle particelle elementari viene presentata partendo dai raggi cosmici, i capitoli sono arricchiti da prestigiose e ben oculate immagini, di cui molte storiche, che stimolano la lettura.
Il libro è indirizzato principalmente a studenti universitari o laureati in fase di specializzazione, tuttavia può essere molto utile anche a ricercatori o a insegnanti come "manuale di consultazione".

Libro

 

Il Liceo scientifico di Cariati performa misure di raggi cosmici outdoors

Gli studenti del Liceo scientifico di Cariati, accompagnati dai proff. Domenico Liguori e Francesco Benevento, in occasione della visita presso i laboratori del Parco Astronomico “LILIO” (intitolato all’astronomo cirotano A. Lilio http://www.astrosavelli.it) hanno condotto anche delle misure di raggi cosmici alla quota di 1170 metri, da confrontare con il flusso misurato a scuola in modo da verificare la dipendenza di tale flusso dall’altitudine alla quale si effettua la misura...

 

 

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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