I raggi cosmici sono particelle subatomiche, frammenti di atomi, che provengono dallo spazio.

Si propagano a velocità relativistiche e posseggono

energie enormi.

La natura delle sorgenti non è

ancora del tutto chiara e questo è uno dei motivi per cui si studiano

queste particelle

Queste particelle influenzano il

clima, le mutazioni genetiche e forniscono importantissime

informazioni sulla costituzione della materia e dell’universo e

delle forze che lo regolano

Tra le principali sorgenti note ci sono

buchi neri supernove

resti di supernove.

Anche il Sole durante fasi di elevata attività può emettere particelle ad alta energia che

raggiungono la Terra.

Per differenziare le particelle

solari da quelle provenienti da altri oggetti cosmici della galassia si

utilizzano rispettivamente le sigle

SCR (solar cosmic rays) e GCR (galactic cosmic rays)

I raggi cosmici si dividono in

particelle primarie e secondarie

Le primarie sono quelle che viaggiando dalle sorgenti

arrivano fino al nostro pianeta, ed entrando nell’ atmosfera collidono con le

molecole dell’aria

Le particelle secondarie sono quelle che vengono generate dalla collisione

delle primarie con gli atomi dell'atmosfera terrestre.

Questa collisione infatti genera uno sciame di

particelle che si propaga fino a raggiungere il suolo

terrestre.

Tra le particelle più abbondanti che

piovono a terra e che letteralmente ci attraversano ogni giorno ci sono i

muoni.

Astroparticelle primarie:

•Protoni •Neutrini •Elettroni

•Nuclei di varia natura •Fotoni ad alta frequenza

(raggi gamma)

Astroparticelle secondarie:

•Iperoni •Elettroni •Neutroni

•Mesoni (Pi, K) •Muoni

•Neutrini

I neutrini sono prodotti dalle stelle durante la

fusione nucleare oltre che dal decadimento di altre particelle nell’atmosfera.

Sono le particelle più numerose ma avendo

massa quasi nulla, non vengono facilmente

individuate.

Quello che succede quando

un protone (o un nucleo) colpisce un atomo in

atmosfera è ben evidenziato dallo schema

seguente:

Da un singolo protone emergono una quantità incredibile di particelle:

elettroni e pioni si “estinguono” in alta quota

muoni e neutrini raggiungono il suolo.

In ogni istante il nostro corpo è attraversato da

milioni di particelle subatomiche:

• neutrini, che sono di gran lunga le più

numerose, (centinaia di miliardi al secondo) • e muoni (qualche

centinaio all'ora)

Una pioggia…

intermittente…

..di muoni!

Si studiano i muoni perché:

• la loro presenza è una evidente causa di particelle

più pesanti provenienti dallo spazio

• sono le uniche che raggiungono il terreno

(quindi rilevabili)

• sono importanti anche per la relazione che hanno con

i neutrini.

Il muone μ è una particella che ha carica negativa e spin ½ come l’elettrone, ma che pesa

circa 200 volte di più

Il muone è una particella altamente energetica e

penetrante ma interagisce solo debolmente ed è

influenzabile dai campi elettrici e magnetici.

Differenza di massa tra elettrone, muone e protone

N.B. In realtà le particelle hanno una dimensione reale molto simile tra loro, nonostante le masse siano molto diverse

Il muone è una particella di seconda generazione perciò è

instabile.

Il tipico decadimento è: in un elettrone e due neutrini (un anti-neutrino elettronico

ed un neutrino μ)

Per questo i muoni sono importanti anche per lo

studio dei neutrini.

La vita media dei muoni è di circa 2 milionesimi di secondo,

ma viaggiando a velocità relativistiche, il tempo della loro esistenza si dilata e riescono a raggiungere il suolo prima di

decadere.

Questa dilatazione dipende da quanto la velocità

dell’oggetto che si muove è vicina a quella della luce. Per

il muone atmosferico il tempo si dilata di circa 25

volte.

Quindi, per la Fisica Classica il muone ha vita media di 2,2 microsec (valore assoluto),

può percorrere in media 660 m e non potrebbe arrivare

sulla Terra.

Per la Relatività Punto di vista della Terra: il muone ha una vita media di 2,2 microsec; rispetto alla

Terra si muove a velocità c.

La sua vita media si dilata quindi di 25 volte, diventa 55 microsec e può quindi percorrere circa 16 km,

perciò molti muoni arrivano sulla Terra.

Per la Relatività

Punto di vista del muone

Il muone ha una vita media di 2,2 microsec, è in movimento rispetto alla Terra e all’atmosfera, che vede

“accorciata” di un fattore 25...

..quindi la vede spessa circa 600 m,

perciò in media molti muoni riescono ad attraversarla e ad

arrivare sulla Terra

• per conoscere la struttura della materia e dell’universo

Concludendo, è importante studiare i muoni

• per conoscere gli effetti sul clima e sull’atmosfera e sulle

mutazioni genetiche

• per conoscere le strutture del campo gravitazionale della

nostra Galassia

Ma come si fanno a rilevare i muoni?

E’ possibile farlo anche a scuola?

Grazie al PROGETTO EEE è cominciata la nostra avventura!!