Società Italiana di Fisica - Recenti risultati didattici e...

Recenti risultati didattici e

scientifici dal progetto EEE:

un array per la rivelazione di

raggi cosmici di altissima energia

Paola La Rocca

Centro Studi e Ricerche e Museo Storico della Fisica “E. Fermi”

XCVII Congresso Nazionale SIF – L’Aquila 2011

http://www.centrofermi.it/centro/index.html


Sommario

Esperimenti didattici sui raggi cosmici

Il Progetto EEE

Programma di Ricerca

Attività didattiche e di comunicazione scientifica

Status e risultati


Sciame di particelle

secondarie

Raggio Cosmico

Primario



Misure con contatori Geiger e scintillatori

Flusso dei muoni a varie altitudini

Airplane Flight Mt. Etna




Misura di distribuzione

angolare dei cosmici

secondari




Misura dell’effetto

barometrico

Pressione

atmosferica

Conteggio corretto

per la pressione

Conteggio

muoni

Le variazioni della pressione

atmosferica influenzano il

flusso dei cosmici secondari

secondo la legge:

I = -P




Correlazioni tra muoni

e misure di coincidenzaIn anni recenti alcuni esperimenti didattici sui

raggi cosmici hanno iniziato a far uso di array

estesi di rivelatori…



Array estesi di rivelatori

CROP SCRODSALTA

CHICOS

WALTA ALTA

NALTAThe North American Large-Scale Time-

Coincidence Array

TECOS




HISPARC, Netherlands

30 scuole coinvolte


LIP, Portugal

150 Km

5

m

8 scuole a Lisbona

+ 2 scuole @150 km






SEASA, Sweden

Diverse scuole e centri Universitari coinvolti nell’area di Stoccolma


Il Progetto EEE (Extreme Energy

Events) nasce nel 2005

Il progetto EEE ha lo scopo di coinvolgere Università, INFN e Istituzioni

scolastiche in progetti di ricerca congiunti, dedicati alla costruzione e all’utilizzo

di rivelatori per raggi cosmici.

Lo scopo è realizzare un network di rivelatori

dislocati in diverse scuole italiane, con cui

condurre misure su scala locale e misure di

correlazione a grande distanza.

(Responsabile: A.Zichichi)

Il Progetto Extreme Energy Events


SPECIFICHE DEL PROGETTO:

- Grande area coperta (circa 106 km2)

- Elevato numero di rivelatori (dell’ordine di 100)

- Lungo periodo di funzionamento e affidabilità

- Efficienza prossima al 100 %

- Capacità di ricostruire la direzione di arrivo dei muoni

SCELTA:

Telescopi costituito da 3 camere MRPC (Multigap Resistive Plate Chambers)

La tecnologia utilizzata è all’avanguardia ed è attualmente in uso in uno dei rivelatori

dell’esperimento ALICE al CERN di Ginevra


La costruzione delle camere è iniziata nel 2005 al

CERN e ha coinvolto gruppi di studenti e insegnanti

di varie scuole italiane


Camere MRPC sotto test al CERN


Tramite la tecnica della triangolazione dei satelliti, il sistema

GPS è in grado di determinare le coordinate geografiche e

temporali di un evento sulla Terra.

Eventi rivelati in stazioni distanti molti km possono essere

messi a confronto

Ele

ctro

nics

USB connection to PC

Trigger unit GPS Unit

144 channels TDC

Presa dati e analisi

http://it.wikipedia.org/wiki/Immagine:ConstellationGPS.gif


Studio di fenomeni locali

(Influenza dell’atmosfera sul flusso dei

cosmici, correlazione con eventi solari,

variazioni dovute al campo magnetico

terrestre, etc)

Un network esteso di rivelatori permette di studiare 3 aspetti della fisica dei raggi

cosmici:

Programma di Ricerca


Studio di singoli sciami estesi tramite

coincidenze tra rivelatori posti a pochi

km di distanza


Studio delle coincidenze fra sciami distanti più di alcuni km

Tali eventi implicano la

coincidenza di primari fuori

dall’atmosfera e diverse

interpretazioni:

- processi astrofisici “lontani”

(1019 Km)

- interazioni “vicine” (Sistema

Solare)

- nuova Fisica …

e rappresentano un argomento di

ricerca avanzata...


Status del Progetto EEE

- Attualmente sono stati costruiti circa 40 telescopi

- La maggior parte dei telescopi sono già installati

presso le scuole o nei Dipartimenti di

Fisica/Laboratori INFN

- Molti telescopi acquisiscono dati da diversi mesi-

anni

- Avviati lo storage e l’analisi dei dati (0.2-0.5

Gb/day per telescopio)

- Scuole coinvolte nelle fasi di costruzione,

installazione, messa in funzione e monitoraggio dei

telescopi

2010

http://www.centrofermi.it/eee/index3.html


Attività didattiche e comunicazione scientifica

ATTIVITA’ PERSONALE INFN-UNIVERSITARIO

Attività di formazione rivolta a studenti ed insegnanti delle scuole

Tesi di laurea e attività legate alla fisica dei raggi cosmici

Comunicazioni a congressi, web & media

INIZIATIVE SCUOLE

Partecipazione alla costruzione dei telescopi (presso il CERN)

Installazione dei telescopi

Monitoraggio del funzionamento dei telescopi (grafici QA, compilazione

scheda giornaliera, salvataggio dati)

Comunicazioni, web & media

Svariate iniziative delle singole sedi…


LICEO

MICHELANGELO

CAGLIARI

ITIS CANNIZZARO CATANIA

ITIS

FERMI

FRASCATI

SITI WEB (alcuni esempi…)


LICEO

GALVANI

BOLOGNA

LICEO MARCONI

PARMA

ISTITUTO

FERRARIS-

PANCALDO

SAVONA


LICEO PACINOTTI CAGLIARI

LICEO GIOBERTI TORINO

BLOG…

… GOOGLE GROUP


Corsi di formazione, workshop e visite guidate a laboratori scientifici


ESEMPIO di CORSO DI ECCELLENZA

Attività

introduttiva

comune

Attività

specialistica

meccanica

Attività

specialistica

elettronica

Attività

specialistica

elettrotecnica

Attività

specialistica

informatica

Attività

specialistica

chimica

Stage

meccanica

Stage

elettronica

Stage

elettrotecnica

Stage

informaticaStage

chimica

10 ore 10 ore10 ore10 ore10 ore

6 ore 6 ore6 ore6 ore6 ore

10 ore

Laboratori Dipartimento di Fisica e Istituto Nazionale di Fisica Nucleare

Istituto Tecnico Industriale Stanislao Cannizzaro

60 studenti del

triennio

3°, 4° anno

90 ore


ATTIVITA’ PRATICHE: realizzazione di un modellino in scala di una camera MRPC


SESSIONI DI ANALISI DATI


Alcuni risultati ottenuti con il singolo telescopio

• Ricostruzione della direzione di arrivo dei muoni e

distribuzioni angolari

Muoni ~ verticali

Effetto dell’accettanza

per muoni inclinati

Accettanza


PT

P-1

P-2

P-3

Roof

EEE Telescope

Giugno 2008: 1 M di eventi

Effetto di assorbimento

dell’edificio

Uncorrected

angular

distribution


• Osservazione di un flare solare tramite i telescopi EEE

Moscow Neutron Monitor

Diminuzione Forbush

http://helios.izmiran.troitsk.ru/cosray/main.htm


Studio della diminuzione Forbush

per varie inclinazioni delle tracce

dei muoni

Eur. Phys. J. Plus 126 (2011) 61

Diminuzione Forbush osservata da

diversi telescopi EEE

Eur. Phys. J. Plus 126 (2011) 61

TORINO FERRARIS


Risultati sulla rivelazione di sciami atmosferici estesi

• Studio di correlazioni a piccola distanza (< 500 m)

PT

P-1

P-2

P-3

Tetto

Telescopio EEE~ 40 m (GPS tagging) Pochi metri

Tiles di scintillatori +Sistema di acquisizione Quarknet (FermiLab)


Oss. Astrofisico 450 m 22 gg

Dip. di Fisica e Astr. 25 m 3 gg

Dip. di Fisica e Astr. 36 m 1,5 gg

Dip. di Fisica e Astr. 82 m 11 gg

Lab. Naz. del Sud 146 m 10,5 gg


d = 82 m

d = 25 m

d = 36 m d = 25 m


d = 146 m d = 450 m


Curva di decoerenza

La quantità R(d) risulta particolarmente utile per

fare previsioni su quanto è possibile aspettarsi per

due telescopi EEE posti a distanze relative simili

25 0,022 ± 0,002

36 0,017 ± 0,002

82 0,0054 ± 0,0004

146 0,0029 ± 0,0003

450 0,0003

5

± 0,0000

7


• Rivelazione di sciami atmosferici estesi (100 m pochi km)

2 telescopi a 180 m (L’Aquila)

Conteggi raw:

~ 4 coinc/h

Risultati similari sono stati ottenuti

in altre sedi (Frascati, Cagliari…)

Il Nuovo Cimento B 125 (2010) 243


Risultati preliminari sulle correlazioni tra telescopi distanti

• Ricerca di possibili correlazioni tra sciami atmosferici estesi

Un’analisi preliminare è stata condotta su un set limitato di dati (relativi a circa

2 giorni di presa dati), su una singola coppia di telescopi

Correlazioni temporali tra i telescopi CERN-CT


AQ BO CA CER CT Fra LE RE SA TO

AQ - 290 515 720 580 85 470 340 240 545

BO - 630 450 850 325 740 55 525 295

CA - 835 560 425 785 640 510 685

CER - 1240 725 1180 395 900 175

CT - 535 420 900 355 1065

Fra - 490 370 225 550

LE - 795 290 1010

RE - 575 235

SA - 770

TO -

La quantità di dati a disposizione e il

numero di telescopi in funzione è al

momento sufficiente per migliorare la

statistica di un fattore 105

Distanze tipiche tra i

siti EEE: 50– 1200 km


Conclusioni

• Il Progetto EEE unisce l’aspetto scientifico all’aspetto educativo e

didattico

• Gli studenti vengono coinvolti in tutte le fasi del progetto, dalla

costruzione al monitoraggio dei telescopi

• L’installazione dei telescopi è a buon punto e sono stati già prodotti

e pubblicati i primi risultati

Per maggiori informazioni

http://www.centrofermi.it/eee

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