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. Tecniche sperimentali per la rivelazione diretta e indiretta. Esperimenti passati, missioni attualmente in corso e progetti futuri per la misura dei raggi cosmici.
M.S. Longair, ‘High Energy Astrophysics’, Cambridge University Press
D.H. Perkins, ‘Particle Astrophysics’, Oxford University Press
C. Grupen, B. Shwartz, ‘Particle Detectors’, Cambridge University Press
‘Cosmic Rays’ in ‘Review of Particle Physics’ , Particle Data Group
Obiettivi Formativi
Conoscenza e comprensione: fenomenologia dei raggi cosmici a tutte le energie, principali metodi sperimentali per la rivelazione di raggi cosmici.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione: calcolo dei flussi dei raggi cosmici, dimensionamento dei rivelatori.
Abilità comunicative: capacità di utilizzare un linguaggio matematico e fisico adatto per illustrare i modelli impiegati nella descrizione dei fenomeni studiati.
Prerequisiti
Conoscenze introduttive di fisica subnucleare
Metodi Didattici
6 CFU
Attività in aula: 48 ore di lezioni frontali.
Altre Informazioni
Ricevimento studenti:
E. Berti: su appuntamento (eugenio.berti(AT)unifi.it, 055-4572651) o al termine delle lezioni.
M. Bongi: su appuntamento (massimo.bongi(AT)unifi.it, 055-4572299) o al termine delle lezioni.
Esame orale della durata di circa 1 ora. Lo studente deve saper esporre uno degli argomenti presentati durante le lezioni del corso (anche eventualmente ricorrendo all’ausilio di slides) e rispondere ad eventuali domande. Verrà valutata la capacità espositiva ed argomentativa così come le conoscenze acquisite.
Programma del corso
Fenomenologia dei raggi cosmici, metodi 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 supernovae. Raggi cosmici di energia ultra alta. Fenomenologia degli sciami atmosferici e tecniche di rivelazione. 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 estrema e sui modelli per l’interpretazione dei dati. Principali tecniche sperimentali impiegate per la rivelazione diretta e indiretta di raggi cosmici. Principi di funzionamento di spettrometri magnetici e calorimetri elettromagnetici/adronici impiegati per la rivelazione diretta. Principi di funzionamento di rivelatori di fluorescenza, di luce Cherenkov e di superficie impiegati per la rivelazione indiretta. Esempi di esperimenti all'avanguardia e principali problemi aperti per il miglioramento delle metodologie di rivelazione diretta e indiretta dei raggi cosmici.