i raggi cosmici sono particelle subatomiche, … la terra. per differenziare le particelle solari da...
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I raggi cosmici sono particelle subatomiche, frammenti di atomi, che provengono dallo spazio.
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Si propagano a velocità relativistiche e posseggono
energie enormi.
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La natura delle sorgenti non è
ancora del tutto chiara e questo è uno dei motivi per cui si studiano
queste particelle
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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
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Tra le principali sorgenti note ci sono
buchi neri supernove
resti di supernove.
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Anche il Sole durante fasi di elevata attività può emettere particelle ad alta energia che
raggiungono la Terra.
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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)
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I raggi cosmici si dividono in
particelle primarie e secondarie
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Le primarie sono quelle che viaggiando dalle sorgenti
arrivano fino al nostro pianeta, ed entrando nell’ atmosfera collidono con le
molecole dell’aria
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Le particelle secondarie sono quelle che vengono generate dalla collisione
delle primarie con gli atomi dell'atmosfera terrestre.
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Questa collisione infatti genera uno sciame di
particelle che si propaga fino a raggiungere il suolo
terrestre.
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Tra le particelle più abbondanti che
piovono a terra e che letteralmente ci attraversano ogni giorno ci sono i
muoni.
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Astroparticelle primarie:
•Protoni •Neutrini •Elettroni
•Nuclei di varia natura •Fotoni ad alta frequenza
(raggi gamma)
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Astroparticelle secondarie:
•Iperoni •Elettroni •Neutroni
•Mesoni (Pi, K) •Muoni
•Neutrini
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I neutrini sono prodotti dalle stelle durante la
fusione nucleare oltre che dal decadimento di altre particelle nell’atmosfera.
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Sono le particelle più numerose ma avendo
massa quasi nulla, non vengono facilmente
individuate.
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Quello che succede quando
un protone (o un nucleo) colpisce un atomo in
atmosfera è ben evidenziato dallo schema
seguente:
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Da un singolo protone emergono una quantità incredibile di particelle:
elettroni e pioni si “estinguono” in alta quota
muoni e neutrini raggiungono il suolo.
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In ogni istante il nostro corpo è attraversato da
milioni di particelle subatomiche:
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• neutrini, che sono di gran lunga le più
numerose, (centinaia di miliardi al secondo) • e muoni (qualche
centinaio all'ora)
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Una pioggia…
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intermittente…
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..di muoni!
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Si studiano i muoni perché:
• la loro presenza è una evidente causa di particelle
più pesanti provenienti dallo spazio
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• sono le uniche che raggiungono il terreno
(quindi rilevabili)
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• sono importanti anche per la relazione che hanno con
i neutrini.
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Il muone μ è una particella che ha carica negativa e spin ½ come l’elettrone, ma che pesa
circa 200 volte di più
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Il muone è una particella altamente energetica e
penetrante ma interagisce solo debolmente ed è
influenzabile dai campi elettrici e magnetici.
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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
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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)
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Per questo i muoni sono importanti anche per lo
studio dei neutrini.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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...
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..quindi la vede spessa circa 600 m,
perciò in media molti muoni riescono ad attraversarla e ad
arrivare sulla Terra
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• per conoscere la struttura della materia e dell’universo
Concludendo, è importante studiare i muoni
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• per conoscere gli effetti sul clima e sull’atmosfera e sulle
mutazioni genetiche
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• per conoscere le strutture del campo gravitazionale della
nostra Galassia
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Ma come si fanno a rilevare i muoni?
E’ possibile farlo anche a scuola?
Grazie al PROGETTO EEE è cominciata la nostra avventura!!
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