Esplorazione dei raggi cosmici: contributi e scoperte scientifiche

Contributo italiano alla ricerca spaziale

Esso venne ideato dal nobel Samuel Ting e realizzato grazie ad una collaborazione internazionale nella quale l’Italia con Infn e Asi (Agenzia Spaziale Italiana) ha avuto un ruolo primario, che venne lanciato dalla NASA nel 2011 e tuttora in orbita sulla ISS. Esso pesa 7,5 tonnellate ed è dotato di un potente magnete superconduttore, in grado di operare a una temperatura di 1,4 gradi sopra lo zero e di produrre al suo interno un campo magnetico di 1 tesla, che ha il compito di individuare eventuali antinuclei su oltre un miliardo di nuclei di fondo e che permette di compiere importanti osservazioni decisive per la comprensione delle origini e dell’evoluzione del Cosmo, dell’apparente scomparsa della antimateria primordiale e della presenza della materia oscura.

Scoperte sui raggi cosmici

Inoltre esso ha inoltre permesso di produrre grafici che rappresentano il livello di energia delle particelle primarie in relazione al loro flusso, quindi recanti in ascisse l’energia (in eV) e in ordinate l’intensità dei raggi cosmici, e da ciò emerse che essi possono raggiungere energie molto maggiori a quelle raggiunte dagli attuali acceleratori di particelle sulla terra e che quindi nel cosmo sono presenti acceleratori naturali molto più potenti, spiegando così il motivo del rinnovato interesse per i raggi cosmici e che la quantità delle particelle è inversamente proporzionale al livello di energia, ossia che all’aumentare dell’energia il numero di particelle per unità di spazio diminuiscono diventando più rare; quindi particelle estremamente energetiche sono meno frequenti di particelle meno energetiche, infatti i protoni con energia di 1018 eV sono piuttosto rari e hanno una frequenza di 1 per km2 all'anno mentre i protoni più frequenti trasportano energie intorno a 1 TeV (1012 eV) e si presentano circa ogni secondo per m2 ed hanno quindi un flusso piuttosto continuo. A partire da questi grafici è quindi possibile verificare l’esistenza di i raggi cosmici raggi cosmici estremamente energetici (EECR), ossia aventi un’energia superiore ai 5 x 10¹⁹ eV, i quali parrebbero essere quei raggi di origine extra-galattica teorizzati da Cocconi.

Esperimenti terrestri sui raggi cosmici

Altri esperimenti vengono invece condotti da Terra in quanto quando l’energia aumenta e il flusso di raggi cosmici diventa molto basso bisogna avere esperimenti di grande superficie, che per ovvi motivi non possono essere montati su satelliti, e per questo motivo per raggi cosmici di energia elevata si usano esperimenti sulla superficie terrestre o in laboratori sotterranei grazie ai quali si rivelano i raggi cosmici secondari prodotti nell’interazione del raggio primario con l’atmosfera e dalle caratteristiche dello “shower” di particelle si ricava l’energia e la direzione del raggio cosmico primario. in particolare gli esperimenti sotterranei possono rivelare solo i muoni e i neutrini secondari, in quanto queste sono le uniche particelle che possono arrivare in profondità sottoterra o sotto una montagna. Alcuni esempi sono costituiti dall’esperimento MACRO, in funzione ai LNGS dal 1989 fino a dicembre del 2000, attraverso lo studio della componente penetrante dei Raggi Cosmici, ha contribuito a chiarire la composizione, l'origine e i meccanismi di interazione dei Raggi Cosmici primari e dall’esperimento Auger, a cui partecipano anche ricercatori dei Laboratori del Gran Sasso, ossia l’esperimento più grande al mondo dedicato allo studio dei Raggi Cosmici di alta energia.