NUOVE ACQUISIZIONI SCIENTIFICHE INTERNAZIONALI SUI RAGGI COSMICI

L’IMPORTANTE CONTRIBUTO DEL DIPARTIMENTO DI MATEMATICA E FISICA DELL’UNISALENTO E DELL’ISTITUTO DI FISICA NUCLEARE DI LECCE

(Rdl)______L’Osservatorio Pierre Auger ha recentemente pubblicato due articoli su riviste scientifiche internazionali con importanti risultati relativi alla misura dello spettro energetico dei raggi cosmici, le particelle più energetiche nell’Universo, in una regione ben al di sopra di quella raggiungibile dagli acceleratori terrestri.

La precisione di questa misura, mai raggiunta in precedenza, si avvale delle prestazioni uniche di un rivelatore che in oltre dieci anni di attività ha accumulato più di 215.000 eventi e che sfrutta una tecnica di misura che minimizza la necessità di modellizzazioni teoriche, difficilmente verificabili in una regione di frontiera.

Lo studio effettuato sulla base di questi dati suggerisce che lo spettro energetico sia interpretabile in termini di sorgenti astrofisiche che producono nuclei carichi la cui composizione chimica dipende dall’energia.

I risultati sono pubblicati in Physical Review Letter 125, 121106 (2020) e in Physical Review D
102, 062005 (2020).

A questo importante traguardo hanno contribuito ricercatori e studenti del Dipartimento di
Matematica e Fisica dell’Università del Salento, e della sezione di Lecce dell’Istituto Nazionale di
Fisica Nucleare, INFN (nella foto, la sede, sulla via per Arnesano).

In particolare, il lavoro del gruppo di Lecce è stato fondamentale per la certificazione di qualità e la
validazione del campione di dati raccolti e per la definizione dell’energia degli eventi selezionati
per la misura.
Il gruppo di ricerca locale si è avvalso del contributo dei fisici del Dipartimento di Matematica e
Fisica Dott.ssa Carla Bleve, Dott. Francesco de Palma, Prof. Giovanni Mancarella, Prof. Giovanni
Marsella, Prof. Daniele Martello, Dott. Achille Nucita, Prof. Lorenzo Perrone e Dott.ssa Viviana
Scherini; dei ricercatori dell’INFN Dott.ssa Gabriella Cataldi e Dott.ssa Maria Rita Coluccia e degli
studenti di dottorato in Fisica e Nanoscienze Dott. Fabio Convenga, Dott. Emanuele De Vito e Dott.
Pierpaolo Savina.

Più in dettaglio i raggi cosmici sono particelle che raggiungono energie fino a 1020 eV, le più alte
mai misurate nell’Universo.

Con l’attuale tecnologia, un acceleratore terrestre dovrebbe avere un
anello di lunghezza pari all’orbita di Mercurio per ottenere in laboratorio la stessa energia che
abbiamo osservato negli eventi da raggi cosmici. L’origine di queste particelle è ancora un
affascinante mistero che inseguiamo da oltre un secolo, anche se i progressi recenti hanno permesso di aggiungere moltissimi tasselli al puzzle della comprensione della loro origine.

Il flusso dei raggi cosmici a queste energie è estremamente basso. Meno di una particella per secolo arriva su una superficie di 1 km2.

Per raccogliere un numero significativo di eventi, è quindi necessario che i rivelatori siano posizionati su superfici molto estese.
L’Osservatorio Pierre Auger è il più grande rivelatore di raggi cosmici al mondo. Si estende su una
superficie di circa 3000 km2, pari all’estensione dell’intera provincia di Lecce, e sfrutta una tecnica
di rivelazione ibrida: un griglia di rivelatori Cherenkov ad acqua posizionati a distanza di 1.5 km
uno dall’altro è affiancata da 27 telescopi di fluorescenza. La combinazione delle due tecniche di
misura permette una determinazione molto accurata della direzione di provenienza e dell’energia
delle particelle.
La Collaborazione internazionale, che ha recentemente festeggiato i venti anni di attività, è costituita da circa quattrocento scienziati provenienti da diciassette Paesi.

Negli ultimi anni, la collaborazione ha anche attivato un programma di potenziamento dell’Osservatorio che ne migliorerà ulteriormente le prestazioni, mirato in particolar modo alla misura della composizione chimica dei raggi cosmici alle altissime energie. Il gruppo di Lecce ha attivamente partecipato alla progettazione ed alla costruzione dei rivelatori necessari, molti dei quali sono stati realizzati nei laboratori della sezione INFN di Lecce.

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