MISURA DI ALTA PRECISIONE DELLO SPETTRO ENERGETICO DEI RAGGI COSMICI DI ALTISSIMA ENERGIA
L’Osservatorio Pierre Auger ha recentemente pubblicato due articoli su riviste scientifiche internazionali con importanti risultati relativi alla misura dello spettro energetico dei raggi cosmici, le particelle più energetiche nell’Universo, in una regione ben al di sopra di quella raggiungibile dagli acceleratori terrestri. La precisione di questa misura, mai raggiunta in precedenza, si avvale delle prestazioni uniche di un rivelatore che in oltre 10 anni di attività ha accumulato più di 215000 eventi e che sfrutta una tecnica di misura che minimizza la necessità di modellizzazioni teoriche, difficilmente verificabili in una regione di frontiera. Lo studio effettuato sulla base di questi dati suggerisce che lo spettro energetico sia interpretabile in termini di sorgenti astrofisiche che producono nuclei carichi la cui composizione chimica dipende dall’energia. I risultati sono pubblicati in Physical Review Letter 125, 121106 (2020) e in Physical Review D 102, 062005 (2020). A questo importante traguardo hanno contribuito ricercatori e studenti del Dipartimento di Matematica e Fisica dell’Università del Salento e della sezione di Lecce dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN). In particolare, il lavoro del gruppo di Lecce è stato fondamentale per la certificazione di qualità e la validazione del campione di dati raccolti e per la definizione dell’energia degli eventi selezionati per la misura. Il gruppo di ricerca locale si è avvalso del contributo dei fisici del Dipartimento di Matematica e Fisica Dott.ssa Carla Bleve, Dott. Francesco de Palma, Prof. Giovanni Mancarella, Prof. Giovanni Marsella, Prof. Daniele Martello, Dott. Achille Nucita, Prof. Lorenzo Perrone e Dott.ssa. Viviana Scherini, dei ricercatori dell’INFN Dott.ssa Gabriella Cataldi e Dott.ssa Maria Rita Coluccia e degli studenti di dottorato in Fisica e Nanoscienze Dott. Fabio Convenga, Dott. Emanuele De Vito e Dott. Pierpaolo Savina.
Più in dettaglio i raggi cosmici sono particelle che raggiungono energie fino a 1020 eV, le più alte mai misurate nell’Universo. Con l’attuale tecnologia, un acceleratore terrestre dovrebbe avere un anello di lunghezza pari all’orbita di Mercurio per ottenere in laboratorio la stessa energia che abbiamo osservato negli eventi da raggi cosmici. L’origine di queste particelle è ancora un affascinante mistero che inseguiamo da oltre un secolo, anche se i progressi recenti hanno permesso di aggiungere moltissimi tasselli al puzzle della comprensione della loro origine. Il flusso dei raggi cosmici a queste energie è estremamente basso. Meno di una particella per secolo arriva su una superficie di 1 km2. Per raccogliere un numero significativo di eventi, è quindi necessario che i rivelatori siano posizionati su superfici molto estese.
L’Osservatorio Pierre Auger è il più grande rivelatore di raggi cosmici al mondo. Si estende su una superficie di circa 3000 km2, pari all’estensione dell’intera provincia di Lecce, e sfrutta una tecnica di rivelazione ibrida: un griglia di rivelatori Cherenkov ad acqua posizionati a distanza di 1.5 km uno dall’altro è affiancata da 27 telescopi di fluorescenza. La combinazione delle due tecniche di misura permette una determinazione molto accurata della direzione di provenienza e dell’energia delle particelle.
La Collaborazione internazionale, che ha recentemente festeggiato i 20 anni di attività, è costituita da circa 400 scienziati provenienti da 17 Paesi. Negli ultimi anni, la collaborazione ha anche attivato un programma di potenziamento dell’Osservatorio che ne migliorerà ulteriormente le prestazioni, mirato in particolar modo alla misura della composizione chimica dei raggi cosmici alle altissime energie. Il gruppo di Lecce ha attivamente partecipato alla progettazione ed alla costruzione dei rivelatori necessari, molti dei quali sono stati realizzati nei laboratori della sezione INFN di Lecce.
Ulteriori dettagli sul lavoro e sull’Osservatorio si trovano in www.auger.org. Un riferimento molto interessante che rappresenta il punto di vista internazionale (viewpoint article) su questa ricerca è disponibile in https://physics.aps.org/articles/v13/145.
