Fenomenologia dei Raggi Cosmici primari. Meccanismi di propagazione e
accelerazione. Antiprotoni e positroni nei Raggi Cosmici: produzione secondaria e possibili sorgenti primarie. Composizione isotopica. I Raggi Cosmici di altissima energia. Interazione dei Raggi Cosmici primari con l’atmosfera e produzione degli sciami. I Raggi Cosmici a terra: muoni e neutrini. Apparati sperimentali per la misura dei flussi di Raggi Cosmici a terra, su palloni stratosferici e in orbita.
Introduzione:
M.S. Longair, ‘High Energy Astrophysics’, Cambridge University Press (in particolare i capitoli 1, 9, 10, 11, 19, 20, 21).
T.K.Gaisser “Cosmic Rays and Particle Physics” (in particolare i capitoli 1,9, 10, 11).
E. Fermi “Nuclear Physics” (capitolo 10).
J.D. Sullivan “Geometrical Factor and Directional Response of Single and Multi-element Particle Telescope”, NIM 95 (1971) 5-11.
Per la parte relativa alla cosmologia e la simmetria materia/antimateria: E.W. Kolb and M.S. Turner “The Early Universe”, Addison-Wesley 1990 oppure L.Bergstrom and A.Goobar “Cosmology and Particle Astrophysics” capitoli 7 e 8.
Seconda parte:
Libri relativi alla parte di introduzione
Dispense modulo II distribuite alla fine del corso
D.H. Perkins, ‘Particle Astrophysics’, Oxford University Press.
Obiettivi Formativi
Conoscenze:
La fenomenologia dei raggi cosmici in tutto l’intervallo energetico dello spettro misurato e le problematiche connesse.
Principali tecniche di rivelazione di raggi cosmici
Competenze acquisite:
Calcolo degli eventi attesi e dimensionamento dei rivelatori di raggi cosmici.
Capacità acquisite al termine del corso:
Partecipazione attiva alla progettazione ed all’analisi dati di esperimenti per la rivelazione dei raggi cosmici.
Prerequisiti
Corsi raccomandati: Fisica subnucleare
Metodi Didattici
Numero di ore totali del corso:
150
Numero di ore per studio personale e altre attività formative di tipo individuale:
Numero di ore relative alle attività in aula: 50
Altre Informazioni
Orario di ricevimento
S. Bottai: Dopo le lezioni in aula e per appuntamento.
Email: bottai@fi.infn.it
Tel: 055 457 2228
G. Papini: Dopo le lezioni in aula e per appuntamento.
Email: papini@fi.infn.it
Tel: 055 457 2649
Modalità di verifica apprendimento
Esame orale tradizionale
Programma del corso
Programma Introduzione
• Fenomenologia dei raggi cosmici, metodo di misura dei flussi dei raggi cosmici, definizione e uso del fattore geometrico.
• Influenza del campo magnetico terrestre e dell'attività solare sui raggi cosmici misurati sulla Terra.
• Composizione nucleare dei raggi cosmici, comparazione con le abbondanze locali e equazione del trasporto dei raggi cosmici nella galassia.
• Modello di propagazione semplificato (leaky box model) e studio delle caratteristiche dei raggi cosmici attraverso le misure delle abbondanze relative (materiale attraversato, composizione alle sorgenti, indice spettrale, tempo di accelerazione e riaccelerazione, vita media dei raggi cosmici).
• Flusso di elettroni nei raggi cosmici, emissione elettromagnetica e alone galattico.
• Flusso di antimateria (antiprotoni, positroni e ricerca di antinuclei) e connessioni con eventuali sorgenti primarie.
• Bilancio energetico dei raggi cosmici e meccanismo di accelerazione di Fermi in relazione con la fisica delle supernova.
Programma seconda parte:
• Raggi cosmici di energia ultra alta
• Fenomenologia degli sciami atmosferici e tecniche di rivelazione.
• Flussi di raggi cosmici con energia oltre 1014 eV
• Meccanismo di Fermi ed energia massima raggiungibile.
• Il problema della accelerazione alle energie sopra il ginocchio e spiegazione della forma dello spettro dei raggi cosmici al ginocchio.
• La propagazione extragalattica delle particelle ed il cutoff GZK atteso nello spettro dei raggi cosmici di energia estrema.
• Discussione sulle possibili sorgenti extragalattiche di raggi cosmici di energia E>1019 eV e sui modelli per l’interpretazione dei dati.
• Astronomia a neutrini di energia ultra alta.
- Motivazioni dell'astronomia a neutrini di energia ultra alta
- Calcolo dei flussi attesi e limiti superiori peri flussi diffusi di neutrini da sorgenti extragalattiche (limite di WB e limite MPR).
- Rivelazione di neutrini astrofisici di energia alta energia : calcolo della frequenza degli eventi attesi, dimensionamento e tipologia dei rivelatori.
• Neutrini atmosferici : fenomenologia, rivelazione e oscillazione di neutrini.
• Neutrini solari : fenomenologia, rivelazione e oscillazione di neutrini.