RICERCHE SULL'AZIONE ]:)EL CAM1)O :~r

GNETICO TERRESTRE SOPRA I COR1)USCOLI

]:)ELLA R A D I A Z I O N E P E N E T R A N T E

Nota di BauNo Rossr

S u n t D . - Se la radiazione penetrante giunge al limite dell'atmosfera come una radiazione corpuscolare avente un'energia di alcuni miliardi di volt-elettrone, il campo magnetico terrestre dovrebbe dar ~uogo ad una forte dissimetria nella sua distrlbuzione di intensith rispetto al piano del meridiano magnetico. L'esperienza eseguita per mettere in evidenza questa dissimetria ha dato esito negativo.

1. La radiazione penetrante ci si rivela mediante un complesso di fenomeni, che t raggono la loro causa immediata dalla presenza nel- l ' a tmosfera di una radiazion~ corpuscolare. 2 l ' intensi t~ di questa radiazione corpuscolare quella che viene diret tamente misurata dai nostri apparecchi e che si suol percib ehiamare (( intensith della ra- diazione penetrante >>.

Le esperienze di BOTHE e KOLHSRSTER (1) hanno dimostrato come tall corpuscoli posseggano un potere di penetrazione molto maggiore di quanto p r ima si ritenesse, ed hanno cosi avvalorata l ' ipotesi che essi non vengano generat i ne l l ' a tmosfera da una radiazione ultra-~,, ma abbiano origine estraterrena, cio~ costituiscano essi stessi la ra- diazione penetrante primaria .

Recenti esperienze dell 'A. (2), pu r confermando pienamente i ri- sultati ~perimentali di BOTHE e KOLHSRSTER, sembrano provare che esiste al livello del mare anche una radiazione ultra- 7 di piccolissima intensitY, la quale libera nei mezzi material i corpuseoli dotat i di alto potere di penetrazione. Esse per5 lasciano aper ta la questione se tu t t a la radiazione corpuscolare osservata abbia una simile origine secondaria, o se una porzione notevole di essa non provenga invece

(i) Das Wesen tier HShenstrahlung, ~ ZS. f. Phys. ~, 56, 751, 1929. (2) B. Ross~, r Naturwiss. ~, 18, 1096, 1930 ; a ZS. f. Phys. ~, 68, 64, 1931;

r Nuovo Cimento :p, $, 49, 1931.

7

$6 B. ROSSI - SULL~AZIONE DEL CA~PO I~AGNETICO TERRESTRE ECC.

dagli spazi siderali, aceompagnata da quella radiazione ultra-y, ehe genera poi nell'atmosfera nuovi raggi corpuscolari. Questa seconda ipotesi permetterebbe anzi di interpretare pifi semplicemente i fatti osservati.

Per quanto ne manchi finora la prova sperimentale diretta, la radiazione corpuscolare dell'atmosfera va considerata con ogni pro- babilit~t come una radiazione elettronica'. Ora il eampo magnetico della Terra, mentre pub non esereitare un'azione sensibile sugli elet- troni, che hanno origine nell'atmosfera (dato lo spessore relativa- mente piccolo di questa) deve inveee modificare notevolmente le traiettorie dcgli elettroni, ehe vengono dal di fuori e che ne subi- scono quindi l'azione lungo un tratto incomparabilmente maggiore.

Se una porzione notevole della radiazione eorpuseolare ha origine estraterrena, questa azione del camleo magnetico terrestre dovrebbe manifestarsi :

1 ~ con una dipendenza dell'intensit~ della radiazione pene- trante dalla latitudine magnetica del luogo d'osservazione;

2 ~ con una dissimetrica distribuzione dell'intensit~ rispetto al piano del meridiano magnetico.

La possibilit~ di una dipendenza dalla latitudine magnetica stata gi~ da tempo riconoseiuta (1), per analogia col fenomeno delle aurore boreali; esistono anche sull'argomento reeenti ricerche speri- mentali (v. paragr, seguente).

Sulla dissimetria rispetto al meridiano ho richiamato l'attenzione in una precedente Nota (2); lo studio di questo fenomeno forma l'og- getto del presente lavoro.

2. I1 problema del moto di un elettrone nel campo magnetieo della Terra (assimilato al campo di un dipolo) ~ stato studiato a fondo da STSR~ER netla sua teoria matematica delle aurore boreali. Diffl- colt~ analitiche hanno reso impossibile la determinazione generale delle traiettorie, cosicch~ l'applicazione della teoria di STSR~ER al problema che ci interessa non potr~ farci prevedere esattamente quale dovrebbe essere sulla superficie della Terra la distribuzione di inten- sit~ in funzione della latitudine magnetica e della direzione di pro- venienza per una radiazione elettronica di data energia avente ori- gine estraterrena e distribuita isotropicamente negli spazi interstel- lari. Tuttavia mostreremo come tale teoria possa indicarci fino a quali valori dell'energia sia da attendersi un'azione sensibile del

(~) Cfr. p. es., BOTHE e KOLH~RSTER~ lo~. cir.. (~) On the Magnetic Deflection of Cosmic Rays. r Phys. Rev. ~, 86, 606, 1930.

B. ROSSI - SULL~AZIOlqE DE, L CA:MP0 :M:AGNETIC0 TERRESTRE ECC. 87

campo magne t i co te r res t re , ed in q u a l modo tale azione debba ma- nifestars i .

P a r t i a m o percib da un in tegra le p r imo del moto s tabi l i to da S~SRM~R (1):

k s cos )~ 2y (1) s e n ~ - ~ r~ + r c o s

il quale lega l ' ango lo ~, ehe la t r a i e t t o r i a de l l ' e l e t t rone f o r m a col p iano del mer id i ano magnet ieo, colla d is tanza r de l l ' e l e t t rone dal centro del la T e r r a e eolla sua l a t i tud ine magne t i ea ), ( l ' angolo ~ es- sendo posi t ivo quando l ' e le t t rone a t t r a v e r s a il mer id i ano da or iente verso oceidente). ~ ~ una eostante di in tegraz ione ; la cos tante k da ta da :

M (2) k ~ - -

dove M = 8,33.102~ gauss, em ~ ~ il momen to magnet ico del la T e r r a ed m v c

s - - e (m = massa, e ~-- earica, v ~ velocit~ de l l ' e le t t rone ,

c ~--veloci t~ del la h c e ) ~ la r r ig id i t~ >> (Steifigkeit) de l l ' e le t t rone , defini ta come il p rodo t to del raggio di c u r v a t u r a del la sua t r a i e t t o r i a per l ' in tensi tA del campo magnet ico , che p roduce la deflessione (sup- posto no rma le al la t r a i e t to r i a stessa). R icordando che:

mo m - -

Vl_V: e"

Ve - - 300 moc ~ ( V I - - v ~ 1 )

( m o ~ - - m a s s a de l l ' e l e t t rone a riposo, V = e n e r g i a de l l ' e l e t t rone ill volt) e eonsideral ldo ehe nel nost ro caso v ~ assai vieino a c, si ot t iene

V fac i lmente pe r s 1 'espressione s = - ~ e pe r k :

300 M (3) k ~ = - -

V

Poich~ evidentemente ]sen ~ I ~ 1, r isulta dalla (1) che tutto lo spazio k s cos ), 2~,

in cui ---r- r - + rcosX > 1 ~ inaccessibile all 'elettrone. La forma che

questa r regione proibita ~) assume per i diversi valori della costante y,

(t) Cfr. p. es., WIEN Uo HARES, r HB. d. Experimentalphysik ~, vol. XXVI, p. 418 e segg..

88 B. ROSSI - SULLtAZIONE DEL CA]VIPO MAGNETICO TI~RRESTRE ECC.

stata studiata da STSRMER. Per r i trovarne, nel modo pifi sempliee, i r isultat i e per stabilire alcune relazioni, che ci saranno uti l i in seguito, calcoliamo le intersezioni della superficie, c h e l a delimita, con una semi-

ret ta uscente dal centro della Terra e formante l 'angolo ~ - - Z coll 'asse

polare. Basta percib risolvere rispetto ad r l 'equazione:

I k ~ cos ~. - - 7 - +

Si ot tengono come rad ie i -

7 r I =

c o s

r~ = cos c'

r ~ = - ~ -1//~ c o s

(4)

2~_ r cos ~, = 1 .

. I 7"2

7 + l / / T ~ r , = - - eos-~-, I / c o s ~ ),

+ k 2 cos ),

§ k ~ cos ),

- - k ~ cos ),

- - k S cos ),.

La p r i m a soluzione va esclusa perch~ sempre nega t iva e p r i v a quindi di significato fisico. R igua rdo alle al tre , oeeorre d i s t inguere t re casi :

a) -f>0. r2 ~ pos i t iva ; r~ ed r4 sono nega t ive pe r qualsiasi va lore di ~,. Tu t te le semire t te uscent i dal cent ro de l la Te r r a a t t r a v e r s a n o eio~ una sola vo l ta la superficie, che l imi ta la regione proibi ta .

7 ~ b) O> 7 > - - k . Per cos 3 )~ > k~, r~ ~ reale e positiva, r 8 ed r, sono

2

complesse; per c o s S ) , < ~ , r~, rs, r~ sono tut te reali e positive. Delle

semirette uscenti dal centro della Terra ve ne sono cio~ alcune, che at tra- versano una volta sola la superficie limite della regione proibita, altre che attraversano questa superfieie tre volte.

c) T < - - k. P e r qualsiasi va lore di k, r2, r3, r4 sono real i e posi- t ive. Tu t t e le semire t te uscent i dal cen t ro della T e r r a incon t rano quindi t re vol te la superficie l imi te della reg ione proibi ta . R i su l t a inol t re dalle (4) che, in questo caso:

(5) r s < r a < k < r~.

I t re casi ora cons idera t i sono i l lus t ra t i nel la fig. 1, dove le a ree t r a t t egg ia t e r a p p r e s e n t a n o le sezioni della regione p ro ib i t a col p i ano del mer id iano magnet ico . Si ric~)nosee che nei easi a) e b) lo spaz i a

B. ROSSI - S U L L t A Z I O N E DEL CAMPO :h[AGNE*s T E R R E S T R E ECC. 89

accessibile all 'elettrone ~ connesso, mentre nel caso c) questo spazio diviso in due parti, separate dalla regione proibita. In quest 'ul-

timo caso dunque un elettrone, che proviene dall 'infinito, non pub penetrare nella porzione interna della regione accessibile.

Consideriamo ora un elettrone di data energia, che giunga in un punto della Terra di lat i tudina magnetica ~,o da una direzione incli-

, \

(a) (b) 7 ~ 0 , 2 k 7 ~ - - 0 , 9 7 k

(c) y ~ - - 1 , 0 2 k

F i g . I

nata di ~o sul piano del meridiano magnetieo. Ci domandiamo se possibile ehe questo elettrone provertga dall'infinito, ossia abbia ori- gine estraterrena.

La risposta .dovr~ essere evidentemente negativa quando la re- gione proibita abbia la forma eorrispondente al easo c) ( ' l< - - k ) e il punto della Terra in questione si trovi nella porzione interna della r egione aeeessibile. Ora la eostante % fissata la posizione dell 'elet- trone (k ----- ko, r ~ - R, dove R z 6,38.10 ~ era. ~ il raggio della Terra) risulta funzione di ~o; e segue immediatamente dalla (1) ehe "l< - - k

k -~ cos ),0 2k per sen ~o < R.2 R cos )'o" Per riconoscere poi seil punto della Terra

considerato si trovi nella porzione interna o nella porzione esterna della regione accessibile (non pub evidentemente, poich~ l 'elet trone vi giunge, trovarsi nella regione proibita), basta confrontare R con k. Dovendo essere o R < r o . , o R >r4 , risulta dalle (5) che se R < k , R < ra, ossia il punto si trova nella regione interna ; se R > k, R > r4, ossia il punto si trova nella regione esterna. Per mettere in relazione q ueste condizioni con la rigidith e con l ' energia dell 'elettrone basta

90 B. ROSSI - SULLPAZIONE DF_~L CA~PO ]~AGN]~ICO TERRESTRE ECC.

considerare ehe in base alla (2) e a l l a (3) si ha R ~--- k per

M s ~ ~ co 2.10 ~ gauss, era.

300 M V ~ --- - - co 6.10~o volt.

R *

Coneludendo, possiamo dire che in un pua to della Terra di lati- tudine magnetica ko un elettrone di rigidit~ s inferiore a 2.10 s gauss em, ossia di energia V inferiore a 6-10 I~ volt, pub giungere soltanto da quelle direzioni, il cui angolo 9o col piano del meridiano magnetico soddisfa alla relazione :

k ~ 2k (~1 ,' 6) sen ~o > R~ cos ),o R cos ~o

M 300M con k ~ (Ricordiamo, per quel ehe r iguarda il segno,

- - s - - • "

che 9o rappresenta l 'angolo f ra la direzione de] moto e il meridiano magnetico, positivo verso oceidente, o anche l 'angolo f ra la direzione di provenienza e il meridiano magnetico, positivo verso or ient@ Risulta p. e. dalla (6) ehe tu t t a la regione ad oecidente del meridiano

r in ombra >> (cio~ gli elettroni possono giungere solo da oriente del k ~ 2k 2R

meridiano) quando R~ cos),o - - R cos ) ~ : 0, ossia quando k - - eos~ ) o" Alla

lat i tudine magnetica di Firenze (),o ~ 44 ~ questo easo si verifica per elettroni di rigidit'~ s col,35.107 gauss, era, ossia di energia ]7 ~ 4.109 volt. Ele t t roni di maggiore energia potranno giungere an- che da oecidente del meridiano ; n8 la teoria consente una determina- zione esatta della distribuzione di intensit~ in funzione dell 'azimut. Appare tu t tavia giustificato ri tenere ehe, almeno se l 'energia degli elettroni non supera di molto il valore sopra indicato, questi debbano giungere sensibilmente pif~ numerosi da oriente che da occidente del meridiano magnetico.

I ! calcolo dunque, come avevamo detto fin da prineipio, por ta a prevedere per una radiazione elettronica di origine .estraterrena, avente un energia di alcuni miliardi di volt, una dissimetria dell ' in- tensits rispetto al meridiano.

Analogamente, esso porta a prevedere una variazione del l ' inten- sith con la lat i tudine magnetica e precisamente una diminuzione del- l ' intensi t~ verso l 'equatore. Si ottiene infat t i dalla (6) ehe]a regione

(t) I nostr i r ag ionament i non ci permet tono tu t t av ia di precisare se un elet-

t rone, la cui t ra ie t tor ia abbia una direzione soddisfacente alla (6), p rovenga

effet t ivamente dali ' infinito.

B. ROSSI - SULL~AZIONE DELL CAI~PO MAGNETICO TERRESTRE ECO. 91

de l la Ter ra , su l la "quale possono g i u n g e r e e le t t ron i di d e t e r m i n a t a energ ia , b l i m i t a t a verso l ' e q u a t o r e magne t i co da l pa ra l l c lo cor r i spon- den te a l la l a t i t u d i n e A def in i ta d a :

k ~ 2k cos ~k R cos A - - 1.

Q u e s t ' u l t i m o r i s u l t a t o ~ gi'~ con tenu to ne l la t cor ia d i STORMER ; fU p0i r i t r o v a t o p e r a l t r a v ia da EPSTEIN (1) e venne discusso, in re la- zione col p r o b l e m a de l la r ad iaz ione p e n e t r a n t c , da BRi~TCHE (2). Questo A. accenna anche a d un possibi le effetto az imuta lc , cons is ten te in u n a d i s s ime t r i a d e l l ' i n t e n s i t ~ r i spe t to al p r i m o ver t i ca le magne t i co (men- t r e la d i s s ime t r i a , che r i su l t a d a i nos t r i calcoli , ~ r e ]a t iva al mer i - d iano) .

P e r quel che r i g u a r d a il l a to spe r ime n t a l c del la quest ione, la d i p e n d e n z a d e ] l ' i n t e n s i t ~ da l l a l a t i t u d i n e m a g n e t i c a ~ s t a t a inves t i - ga t a da d ive r s i Au to r i . CLAY (3), in un v iagg io t r a L e i d a e Giava , ha notato , nel le v ic inanze de l canale d i Suez, una d iminuz ione del- l ' i n t e n s i t ~ de l l a r ad iaz ione p e n e t r a n t e verso l ' equa to re . CORLIN (4). s p e r i m e n t a n d o t r a il M a r Bal t ico e ]e coste s e t t e n t r i o n a l i de l la peni - sola S c a n d i n a v a t r o v a una d iminuz ione d i intensit~t verso i l Polo. Invece le misu re di IV[ILLIKAN e CAMERON (5) f r a le A n d e Bo l iv i ane (17 ~ di l a t i t u d i n e mer id iona]e ) e P a s a d e n a (34 ~ d i l a t i t u d i n e set- t en t r iona le ) , come p u r e que]le p a r t i c o l a r m e n t e estese ed accu ra t e d i BOTHE e KOLItSRSTER nei m a r l de l N o r d (6) e di MILLIKAN t r a Pa - sadena e Church i l l (590 d i l a t i t u d i n e se t t en t r iona le ) (7) non hanno messo in ev idenza a l cuna va r i az ione scnsibi le d e l l ' i n t e n s i t ~ con la l a t i t ud ine , sia m a g n e t i c a che geograf iea .

L a d i p e n d e n z a d a l l ' a z i m u t fo rma , come abbiamo det to , l ' o g g e t t o de l p resen te l avoro (s). Ques ta r i ce rca cost i tu isce un o p p o r t u n o corn-

(l) p. S. EPSTEIN, r Proc. Nat. Ae. ~, 16, 658, 1930. (2) E . BRfiCHE, << Phys. ZS. ~, 82, 31, 1951. (3) J. CLAY, << K. Akad. Amsterd. Proc. >>, 80, 1115, 1927. (4) A. COSLIN, << Archiv. f. Mat. Astr. O. Fys. >>, 92, n. ~ 2, 1, 1930. (5) i~. A. MILLIKAN e C-. I~. CAMERON, ~ Phys. Rev. 7>, 81, 163, 1928. (S) W. BOTItE e W. KOLHSRSTER, r Sitz. ber. d. Preuss. Ak. d. Wiss. >>, 1930,

XXIV. (7) R. A. MILLIKAN, << Phis. Rev. ~, 86, 1598, 1930. (s) Ricordo a questo proposito che gi~ nel 1926 MISSOwSKI e TUWIM (r ZS. f.

Phys. 7>, 86, 615, 1926) avevano tentato di mettere in evidenza una possibile dipendenza dell 'intensit~ della radlazione penetrante dall 'azimut eseguendo misure con una camera di ionizzazione attorno ad un serbatoio d'acqua. Dal risultato negative dell'esperienza avevano tratto la conclusione che il campo magnetico terrestre non esercitava un'azione sensibile sulle traiettorie dei raggi

92 B. ROSSI - SULL~AZIONE DEL CAMPO ~AGNETICO TERRESTRE ECC.

plemento di quelle relative all'effetto in lat i tudine e presenta su q,ue- ste ultime il vantaggio di non implieare il confronto f ra misure ese- guite in localith ]ontane l ' u n a da l l ' a l t ra ; il the, mentre rende pifi agevole l 'esperienza, elimina le cause d ' e r ro re dovute alle diverse condizioni meteorologiche e permet te di paragonare f r a loro risul- ta t i di osservazioni a l ternate a brevi intervall i di tempo.

3. L 'esperienza consiste in un confronto f r a l ' intensi th della ra- diazione penetrante proveniente da oriente e da occidente del piano del meridiano magnetico.

Per esplorare regioni angotari esattamente delimitate venne appli- cato il metodo delle coincidenze f ra gli impulsi di due contatori. Fu-

X~ )[! I I

x'! x'!

Fig. 2

rono usati per questa ricerca due contatori a tubo di GEIGER e MOL- L~R della lunghezza di 15 cm. e del d iametro di 5 cm. Le eoincidenze vennero registrate mediante il dispositivo gi'~ precedentemente stu- diato dall'A. ('! e sommate automaticamente con un contatore telefonico.

I contatori a tubo vennero collocati orizzontalmente, cogli assi paralleli al piano del meridiano magnetico. La loro posizione rispet- t iva nelle due fasi dell 'esperienza (esplorazione della regione orien- tale ed esplorazione della regione.occidentale ~ schematicamente rap- presentata in (a) e in (b) (v. fig. 2). X X ' indiea la traccia del piano

penetranti (senza indicate tuttavia in qual modo questa azione avrebbe dovuto manifestarsi, n~ per elettroni di quale energia). u da notate per#) ehe sol- tanto un effetto molto grossolano avrebbe potuto essere rivelato da tali misure, prineipalmente pel fatto che (come risulta dalle indicazioni degli stessi Autori) il serbatoio d'aequa costituiva pei raggi penetranti uno schermo assai imperfetto.

(i) Method of registering multiple simultaneous impulses of several Geiger's ~ounters. (<< Nature >), 125, 636, 1930).

B. R O S S I - SULL~AZIONE DEL C A ~ P 0 M A G N E T I C 0 TERRESTRE ECC. 93

meridiano, YY" la traccia di un piano inclinato di 6 ~ sull'orizzonte. Soltanto raggi provenienti dall'angolo diedro delimitato da questi due piani possono attraversare ambedue i contatori CI e C2 e dar luogo cosl a coincidenze. Se quindi i raggi giungono effettivamente pih numerosi da oriente che da oecidente, la frequenza delle coinci- denze deve essere maggiore nella posizione (a) che nella posizione (b).

In pratica si passava dall 'una all 'altra di queste posizioni rotando di 180 ~ l'insieme dei due contatori (rigidamente collegati fra di loro) attorno ad un asse disposto esattamente verticale mediante una li- vella. Si aveva in tal modo la sicurezza di mantenere inalterata sia la posizione rispettiva dei due contatori, sia l'angolo formato con ia verticale dal piano contenente i loro assi. Condlzione questa indi- spensabile perch~ l'intensits della radiazione penetrante varia note- volmente (per effetto dell'assorbimento atmosferico) coll'altezza sul- l'orizzonte ed occorre quindi (volendo ottenere risultati attendibili sulla sua distribuzione azimutale) confrontare direzioni inclinate dello stesso angolo sulla verticale.

Particolare cura dovette essere posta nella scelta del luogo di osservazione, giacch~ era evidentemente necessario che tutta la re- gione di'cielo esplorata fosse libera da ostacoli capaci di assorbire sensibilmente i raggi penetranti.

Per gentile concessione del direttore, prof. G. Abetti, (al quale mi ~ grato esprimere la mia pih viva riconoscenza) ho potuto eseguire le misure nella cupola centrale del R. Osservatorio Astrofisico di Arcetri, la cui situazione eorrisponde perfettamente alle esigenze del- l'esperienza, perch~ delle alture circostanti nessuna ha sull'orizzonte un'altezza angolare superiore ai 5 ~ (mentre, come si ~ visto soltanto raggi inclinati di oltre 6 ~ sull'orizzonte potevano dare coincidenze).

I contatori (racchiusi, insieme col circuito registratore, in una cassetta foderata-di zinco per evitare possibili perturbazioni elet- triehe) vennero co]locati sul ballatoio della cupola in posizione tale che i raggi penetranti, prima di giungere su di essi, dovessero attra- versare soltanto la copertura del tetto girevole, pih la parete della cassetta; complessivamente 4 cm. di legno e 1 mm. di zinco .L'assor- bimento prodotto da questo strato rientrava nel limite degli errori sperimentali (1,5 ~ ed era d'altronde, per la disposizione degli appa- recchi, perfettamente simmetrico rispetto al piano del meridiano ma- gnetico.

4. Secondo il procedimento indieato nel precedente paragrafo, furono contate le coincidenze orientando i contatori in modo da se- gnalare ora i corpuscoli provenienti da oriente, ora quelli provenienti

94 B. ROSSI - SULL~AZIONE DEL CA~IP0 MAGNIiFs TEI~RESTRE ECC.

da oceidente del mer id i ano magnetico. Le misure helle due d i rez ioni ven ivano o p p o r t u n a m e n t e a l t e rna te per evi tare gl i er ror i dovut i alle

ff, u t tuaz ion i di intensit~t della radiazione pene t r an te . I r i su l ta t i di due serie di esperienze sono r i a s sun t i ne l la seguente

tabe l la (~).

Oriente Serie

N.~ _ _ t _ _ N t v i

1 10u 4500 840 3660

2 17h54,, / 6764 752 6012 I

27h54,~ 11264 1592 9672

7b t

Occidente

t N~ v~ nr

101~ 4528 840 3688

17h54m 6683 752 5931

27h54,~ 11211 1592 9619

- - 28

q-81

~-53

95

116

150

t ~ durata dell' esperienza ; N ~ numero delle coincidenze osservate ; v ~ numero delle coin- cidenze casuali ; n ~ numero delle coincidenze sistematiche ; e ~ errore statistieo.

Sopra u n n u m e r o complessivo d i 19291 eoineidenze sistematiche venne t rova ta d u n q u e u n a differenza di 53 coincidenze, con u n errore

medio di 150 ; ci5 corr isponde ad u n effetto re la t ivo del (0,5 -~ 1,5) %" Ne coneludiamo che, ent ro i l imi t i d ' e r r o r e della presente espe-

rienza, la radiaz ione p e n e t r a n t e g iunge con eguale in tens i t~ sia da

or iente che da oceidente del mer id iano magnet ico. Manca q u i n d i la d iss imetr ia p rev i s ta dal calcolo per u n a radiaz ione eorpuscolare di

or ig ine e s t r a t e r r ena ; o ques ta dissimetr ia , se pure esiste, ~ molto pifi piccola di quella che sarebbe da a t t enders i per e le t t roni di qualche

mi l ia rdo di volt.

5. Passando a d iscutere l ' i n t e rp r e t a z i one di questo r i su l ta to spe- r imenta le , sembra anz i tu t to di poter escludere che l ' assenza de l l ' e f -

fet to r icercato possa a t t r i bu i r s i ad u n a diffusione dei corpuscoli del la radiazione p e n e t r a n t e ne l l ' a tmosfe ra . Giacch~ se questa diffondesse

(l) Per eseguire la eorrezione relativa alle colncidenze casuali, ne venne determinata la frequenza allontanando i contatori in modo da escludere le coincidenze sistematiche. Durante la prima serie di esperienze si avevano in media 1,4 coincidenze casuali per minuto; durante la seconda serie uua rego- lazione pifl accurata del circuito registratore permise di ridurre questo numero a 0,7. Poich~ la frequenza degli impulsi nei singoli contatori era di 125 per minuto, il potere risolutivo era nel primo caso 2,7.10 - s see., nel secondo caso 1,3.10 - s sec..

B. ROSSI - SULLtAZIONE DEL CAMPO I~IAGNETIC0 TERRESTRE ECC. 95

C0Sl fortemente i raggi corpuscolari da mascherare eompletamente una primitiva dissimetria nella loro distribuzione azimutale, non do- vrebbe neppure potersi manifestare in modo cos~ netto (come invece si manifesta) la dipendenza dell ' intensit~ dall 'altezza sull'orizzonte, dovuta al diverso spessore d 'ar ia at traversato dai raggi, ehe giun- gono sulla superficie della Terra da direzioni diversamente inclinate sulla vertieale (1).

Possiamo quindi interpretare il r isultato delle nostre esperienze come una prova che il campo magnetico terrestre non esercita un 'a- zione sensibile sulle traiettorie dei raggi corpuscolari. Questa conclu- sione ~ convalidata dal risultato negativo delle ricerche di BOTH~ e KOLHSRSTER e di ~IILLIKAN sulla dipendenza dell ' intensit~ dalla lati- tudine. Ng vi contraddicono diret tamente le esperienze di CLA~ e di CORLIN perchg le variazioni di intensith osservate da questi Autori possono essere dovute alle diverse condizioni meteorologiche delle lo- calith helle quali vennero eseguite le misure. Siamo quindi condotti a scegliere f ra una delle seguenti ipotesi:

o la radiazione corpuscolare viene generata totalmente nel- l 'atmosfera, la radiazione penetrante primaria essendo quindi una radiazione ultra-7 pura (nel qual caso il campo magnetico terrestre agisce, come abbiamo dettoi h n g o un t ra t to troppo breve per poter produrre un effetto sensibile sulle traiet torie dei raggi corpuscolari);

0 quella porzione della radiazionc corpuscolare, che proviene dagli spazi siderali, giunge al limite dell 'atmosfera con una energia molto superiore a quella, per cui il calcolo prevede un'azione sensi- bile del campo magnetico terrestre.

Poich~ abbiamo gi~ avuto occasione, in una preeedente Nota (2), di esporre le difficolth a cui conduce la prima ipotesi, vogliamo qui soffermarci brevemente sulla seconda.

In tut to lo svolgimento di caleoli, abbiamo considcrato la radia- zione corpuscolare come una radiazione elettronica. Per quanto, allo stato attuale dellc cose, sia questa l ' ipotesi pifi verosimile, non dob- biamo escludere a priori la possibilit~ che si t ra t t i invece di corpu- scoli di altra natura, p. e. di protoni. N~ possono servire a decidere tale questione le nozioni (del resto assai imperfette) che abbiamo sul potere di ionizzazione dei corpuscoli delia radiazione penetrante (il quale potere di ionizzazione si accosta di pifi a quello di comuni raggi ~ che a quello dei comuni raggi H). All 'aumentare dell 'energia

(l) Esperienze dirette, da poco terminate, hanno del resto provato chela materia non diffonde sensibilmente i corpuscoli della radiazione penetrante.

(e) B. ROSSl, << Nuovo Cimento >>, 8, 49, 1931.

96 B. RGSSI - SULLtAZIONE DE~ CA:MPO ~IAGNETIC0 TERRESTI~E ECC.

infatti la massa del protone e la massa dell'elettrone si avvieinano sempre pi~ l 'una all 'altra (il rapporto fra queste due masse che, in condizioni di riposo, ~ eguale a 1840, diviene p. e. eguale a 1,09 per corpuscoli che siano stati accelerati sotto una differenza di po- tenziale di 10 I~ volt; in tall condizioni l 'elettrone ha una massa circa 20000 volte maggiore della sua massa a riposo). A1 limite per energie elevatissime il comportamento dei protoni e quello degli elettroni, in tutti quei fenomeni pei quali non ha influenza il segno della carica (e in particolare nei fenomeni di ionizzazione) tendono quindi ad identificarsi.

Per questa medesima ragione, del resto, i risultati dei calcoli svolti nel paragr. 2 non muterebbero sostanzialmente qualora si appli- cassero a protoni anzich~ ad elettroni (salvo, naturalmente, il senso della dissimetria rispetto al meridiano). La rigidit~ di ],35.107 gauss cm. (per la quale abbiamo trovato che i corpuseoli giungono da un sol lato del meridiano) corrisponde per un elettrone ad un'energia di 4.109 volt, per un protone ad un'energia di 3.109 volt. Possiamo quindi concludere che, in ogni easo, i corpuscoli della radi.lzione pe- netrante, per non subire in modo sensibile l'azione del campo magne- tico terrestre, dovrebbero possedere, al loro entrare nell'atmosfera, un'energia di ahneno alcune de cine di miliardi di volt.

Si presenta ora la questione se valori cos~ elevati dell'energia possano aecordarsi colle altre proprietk note dei raggi corpuscolari ed in particolare eolla loro penetrazione.

Nel passaggio attraverso la materia dei raggi ~ comuni la mas- sima parte dell'energia viene spesa in processi di ionizzazione, l'ener- gia media perduta in ogni singolo processo essendo di una trentina di volt. Se la medesima cosa aecadesse anche per i corpuscoli della radiazione penetrante, poich~ il loro potere di ionizzazione sembra essere di circa 90 coppie di ioni per centimetro di percorso nell 'aria a pressione normale, la perdita di energia in uno strato di 1 g/cm 2 risulterebbe eguale a circa 2.106 volt. E poich~ l'atmosfera ha uno spessore di 1033 g/cm 2, i eorpuscoli dovrel~bero perdere, nell 'attra- versarla, circa due milardi di volt della loro energia. Ammettendo che questa sia inizialmente di alctme decine di miliardi di volt, tutt i i corpuseoli della radiazione penetrante dovrebbero quindi giungere al livello del mare con un'energia sufficiente per attraversare ancora parecchi metri di piombo. Viceversa noi sappiamo che l 'atmosfera stessa assorbe una porzione notevolissima della radiazione penetrante e ehe sono sufilcienti poehi decimetri di piombo per arrestare una buona parte dei raggi, che giungono al livello del mare.

B. ROSSI - SULL~AZIONE DEL CAMPO :I~AGNETICO TERR.ESTRE ECC. 97

Vo!endo quindi mantenere l'ipotesi che i raggi corpuscolari ab- biano (almcno per la massima parte) origine estraterrena, dobbiamo concludere chela perdita di energia da essi subita nell'attraversare la materia deve superare di molto quel valore di 2.10 ~ volt per g/cm z, che avevamo calcolato partendo dal loro potere di ionizzazione.

Cib potrebbe spiegarsi ammettendo, p. e., che per i corpuscoli nella radiazione penetrante fossero assai pi~ frequenti che non per i comuni raggi ~ quegli urti cogli elettroni dell'atmosfera atomica, nei quali il corpuscolo primario trasmette una porzione notevole della sua energia all'elettrone urtato; come pure non sembra affatto im- probabilc che possano verificarsi perditc d'energia per urti anelastici contro i nuclei.

Concludendo, le imperfette conoscenze che abbiamo sul compor- tamento dei corpuscoli della radiazione penetrante non ci permettono di escludere la possibilit~ che essi posseggano un'energia assai mag- giore di quella che corrisponderebbe al loro potere di penetrazione, se fosse lecito estrapolare le relazioni valide per i comuni raggi ~.

Perci5 il risultato negativo delle esperienze, sull'influenza del cam- po magnetico terrestre va considerato bensl come un argomento in favore dell'ipotesi che la radiazione penetrante corpuscolare sia di origine secondaria, ma non ne costituisce ancora la definitiva con- ferma.

Firenze~ Arcetri, gennaio 1931.