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Capitolo 6

Particelle

6.1 I raggi cosmici

Fino all’avvento delle macchine acceleratrici, l’unica fonte di particelle di al-

ta energia era costituita dalle particelle che arrivano sulla superficie terrestre

dallo spazio e che prendono il nome di raggi cosmici. I raggi cosmici furono

scoperti da Hess nel 1912 con elettrometri montati su palloni aereostatici.

Hess stabilı̀ che la ionizzazione cresce in funzione della altitudine, raddop-

piando dai 1000 ai 4000 m. Oggi sappiamo che quelli osservati da Hess

costituiscono la componente secondaria dei raggi cosmici, ossia quella gene-

rata negli alti strati dell’atmosfera dai raggi cosmici primari che provengono

per lo più dall’esterno del sistema solare e sono costituiti per l’80% circa da

protoni e per il resto da nuclei di elio ed altri nuclei pesanti, con una piccola

componente di elettroni (circa l’1%). L’interazione con nuclei dell’atmosfera

genera una cascata adronica, all’interno della quale sono presenti vari tipi di

particelle. Tenendo conto dei decadimenti, sulla superficie terrestre arrivano

per il 75% muoni (componente dura) e per il resto elettroni e fotoni (compo-

nente molle). A questi vanno aggiunti i neutrini, sia di origine primaria (i

neutrini sono prodotti copiosamente nei processi nucleari che tengono accese

le stelle) che secondaria (come prodotti dei decadimenti di pioni e muoni).

6.2 La scoperta del positrone 2

Come abbiamo già ricordato, quando un fotone di energia superiore a 2m c

e

interagisce col campo elettromagnetico del nucleo, può produrre una coppia

80

elettrone-positrone in accordo con la teoria di Dirac. La prima osservazio-

ne dell’antiparticella dell’elettrone è dovuta ad Anderson (1933). Anderson

utilizzava una camera a nebbia costruita insieme a Millikan, immersa in un

campo magnetico di 15 kG ed esposta ai raggi cosmici. Un piatto orizzontale

di 6 mm di piombo divideva in due il volume della camera.

Figura 6.1: Prima osservazione di un positrone; la particella entra dal basso

e perde parte della sua energia attraversando la lastra di piombo.

L’evento attribuito al positrone era costituito da una traccia entrante dal

basso, come si deduce dal fatto che nell’attraversare la lastra di piombo la

traccia diminuisce la propria curvatura. La traccia non poteva essere un pro-

tone, perché un protone di energia corrispondente alla curvatura osservata

doveva avere un range in aria di circa 5 mm, mentre la traccia percorre al-

meno 6 cm nella camera, di cui una parte in piombo. La probabilità che le

due tracce siano dovute a due elettroni entranti dall’alto e sovrapposti ca-

sualmente nella foto è trascurabile. L’ipotesi che un fotone incidente abbia

colpito la lastra di piombo, generando due particelle che procedono nel vapo-

re con curvatura opposta, comporta comunque che una delle due particelle

leggere abbia una carica positiva. Benchè non fosse possibile una misura

precisa della ionizzazione specifica, si poteva nondimeno affermare che la ca-

rica doveva essere meno del doppio di quella dell’elettrone. Facendo l’ipotesi

dunque di una particella di carica positiva pari ad e, dalla curvatura si de-

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Teemo92

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DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in fisica e astrofisica
SSD:
A.A.: 2009-2010

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Teemo92 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Fisica nucleare e subnucleare e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università La Sapienza - Uniroma1 o del prof Longo Egidio.

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