Extreme Energy Events“LA SCIENZA NELLE SCUOLE”

• Introduzione: progetto EEE

•Cosa sono i raggi cosmici?

•Tecnologia MRPC

•Situazione attuale

• Il nostro Istituto

Sommario

Il progetto EEEIl Progetto è promosso dal Centro Fermi – Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche “Enrico Fermi” in collaborazione con vari enti quali CERN, l'INFN e MIUR. Esso consiste in un’attività di ricerca sui raggi cosmici, condotta con il contributo di studenti e docenti degli Istituti Scolastici Superiori.Il Progetto prevedeva, nella prima fase, l’installazione di una rete di rivelatori, chiamati anche ”telescopi”, basati sulla tecnologia MRPC (Multigap Resistive Plate Chambers), messi in coincidenza tramite GPS, allo scopo di rivelare muoni cosmici e sciami estesi, prodotti dai raggi cosmici primari di più alta energia.

Il Progetto è articolato in varie fasi:- costruzione dei rivelatori - messa in opera- raccolta dati - elaborazione dati- presentazione e pubblicazione

Flusso dei raggi cosmici in funzione della loro energia. La parte su sfondo giallo è ritenuta essere di origine solare, la parte su sfondo azzurro di origine galattica, la parte di più alta energia di origine extragalattica

Cosa sono i raggi cosmici?

I raggi cosmici sono particelle provenienti dallo spazio, alle quali è esposta la Terra e qualunque altro corpo celeste. La loro natura è molto varia così come varia è la loro origine. La loro energia è distribuita su quattordici ordini di grandezza.

N.B. In fisica l'elettronvolt (simbolo eV) è un'unità di misura dell’energia, definito come l'energia guadagnata da un singolo elettrone, quando viene accelerato dalla differenza di potenziale elettrostatico 1 Volt.

1 eV = 1,602176565 x 10-19J

Si distinguono in:

Primari ovvero protoni (circa il 90%), nuclei di elio (quasi il 10%);

Secondari (al livello del mare) - Componente molle (30%): elettroni e fotoni ed in minima parte da protoni, kaoni e nuclei; - Componente dura (70%): muoni.Il flusso medio al livello del mare è:

Uno dei misteri della cosmologiamoderna sono i raggi cosmici conenergie dell'ordine di 1020 e V

Nota. Per i neutrini si ha:

.. ma questa è un’altra storia…

Il suo principio di funzionamento di un rivelatore MRPC è quello di un semplice condensatore piano nella cui intercapedine è presente un gas. Una particella dotata di carica elettrica, nell’attraversare il gas, vi lascia una scia di cariche elettriche in virtù del fenomeno della “ionizzazione”. Il fenomeno è di natura elettromagnetica e non avviene se la particella incidente è priva di carica elettrica. Le cariche elettriche generate nel gas all’interno del condensatore si muovono verso le armature del condensatore: gli elettroni verso l’anodo, gli ioni positivi verso il catodo. Il movimento di queste cariche verso le armature è all’origine del segnale elettrico indotto sulle armature. È questo segnale elettrico che viene usato per rivelare il passaggio della particella. Gli elettroni prodotti nel gas per ionizzazione, essendo circa duemila volte più leggeri degli ioni, vengono fortemente accelerati dal campo elettrico e sono in grado, a loro volta, di ionizzare altri atomi (o molecole) del gas. Si creano così, per moltiplicazione del numero iniziale di cariche di ionizzazione, delle piccole valanghe elettromagnetiche. Il moto collettivo delle valanghe verso le armature assicura che il segnale sia ben evidente e dunque che il dispositivo abbia un’elevata efficienza di rivelazione delle particelle incidenti.

Tecnologia MRPC

Il modello di MRPC fin qui descritto è stato ottimizzato per costruire un parte del sistema di rivelazione e di identificazione delle par ticelle cariche nell’ambito dell’esperimento ALICE (A Large Ion Collider Experiment) che consente di studiare il cosiddetto plasma di quark e gluoni nelle collisioni tra nuclei di piombo accelerati ad energie di miliardi di elettron-Volt presso LHC (Large Hadron Collider) del CERN.

Situazione attuale

I telescopi EEE installati in 42 Istituti Scolastici sono quasi tutti operativi. A questi 42 vanno aggiunti altri 5 telescopi situati al CERN (due) e nelle Sezioni INFN di Bologna, Catania e Pisa, per un totale di 47 telescopi.

È in corso l’acquisizione dati volta in par ticolare alla r icerca di eventi coincidenti tra stazioni vicine e stazioni lontane

Studenti e insegnanti delle scuole superiori del Sud Italia nell'Aula Magna dell'Università di Bar

Si sono ripetute le Master Class (già inaugurate a Grosseto durante le Giornate dedicate agli Istituti del Centro Italia) con:

- un’introduzione al Data Quality Monitoring dell'esperimento EEE (Daniele De Gruttola)- lo studio delle variazioni del flusso di cosmici correlati con eventi solari (Ivan Gnesi)- l’analisi delle coincidenze tra telescopi della rete EEE (Edoardo Bossini).

Denominazione progetto Extreme Energy Events (EEE) - “LA SCIENZA NELLE SCUOLE”

Priorità cui si riferisce Promuovere attività in cui gli studenti collaborano alla costruzione di apparecchiature per la ricerca scientifica, al loro corretto mantenimento in funzione, all’analisi dei dati ed alla diffusione dei risultati, ricalcando il modello dei grandi esperimenti internazionali.

Traguardo di risultato Approfondire la conoscenza di concetti e fenomeni ancora classificati come “Fisica moderna” ormai noti da decenni, facenti parte dei programmi ministeriali e che spesso sono in stretta relazione con la vita quotidiana.

Obiettivo di processo - Acquisire consapevolezza delle moderne metodologie in ambito di ricerca scientifica. - Conoscere aspetti tecnologici relativi alla ricerca in fisica delle particelle.- Imparare ad operare concretamente nelle diverse fasi di realizzazione di un progetto scientifico: dalla progettazione dei dispositivi all’analisi dei dati.

Altre priorità Tra le quattro dimensioni che contribuiscono allo sviluppo della personalità e delle potenzialità degli studenti individuate dal Piano dell’Offerta Formativa d’Istituto, il Progetto EEE approfondisce due aspetti:1) la dimensione culturale (lo studente va aiutato a vivere la scuola come punto di riferimento per varie attività culturali integrative che diano un’ampia apertura mentale nell’affrontare le varie vicende della vita) 2) la dimensione professionalizzante (legata al futuro inserimento nel mondo del lavoro e che mira ad avvicinare lo studente alle nuove realtà scientifiche e tecnologiche).

Il nostro Istituto…

… ha fatto richiesta di partecipazione al progetto il 14 ottobre 2016.

Il progetto si articolerà in diversi punti tra i quali:

−Realizzazione di codice software di Open Source Data e aggiornamento dei programmi per il controllo remoto dei dati.

−Gemellaggi fra scuole con e senza telescopio per garantire a tutti la possibilità di operare con gli apparati disponibili.

−Partecipazione all’analisi dei dati, comprendendo: i) studi sul funzionamento dei rivelatori e correlazioni con diversi parametri di lavoro (pressione, temperatura, nuvolosità...); ii) studi sulle correlazioni fra i vari telescopi; ii) studi su processi fisici e astrofisici legati alle tracce ricostruite.

−Possibilità per gli studenti di partecipare alla costruzione di nuove camere al CERN, anche se non direttamente collegate a una istallazione nel proprio Istituto.

−Percorsi didattici e di approfondimento per studenti e docenti, anche con stage da organizzare presso il Centro Fermi.

La realizzazione di questi punti si baserà su masterclasses/incontri/conferenze sia con la partecipazione diretta degli studenti e professori di tutte le scuole, sia per via telematica.

… il giorno stesso abbiamo confermato l’interesse del nostro Istituto…

Gent.mi/me professori/professoresse,

ho il piacere di invitarvi al primo EEE Run coordination meeting esteso alle scuole, che avverrà mercoledì 30 novembre p.v., dalle ore 14.30 alle ore 15.30.

Il meeting si aprirà con una breve introduzione, utile per fare il punto sullo stato della rete EEE e della presa dati.

Subito dopo, avrete la possibilità di intervenire riportando brevemente le vostre esperienze, facendo proposte di carattere organizzativo, oppure facendo domande ai ricercatori della collaborazione o ai vostri referenti locali su specifici aspetti della presa dati.

Potrete collegarvi al meeting in modalità video conferenza, utilizzando vidyo, un tool standard nella comunità della fisica delle alte energie. …..

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…………..… Potete collegarvi al meeting sia in gruppo, per esempio da scuola, oppure singolarmente da casa.

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… il 21 novembre l’Istituto Cannizzaro di Colleferro ha ricevuto un invito alla prima attività ufficiale della nuova fase del Progetto.

Riferimenti• http://eee.centrofermi.it

• Extreme Energy Events - La Scienza nelle Scuole A. Zichichi

• https://it.wikipedia.org/wiki/Raggi_cosmici