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L’esperimento EEE

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L’esperimento      

 

I raggi cosmici

I raggi cosmici sono particelle cariche molto energetiche, provenienti dalle zone più remote dello spazio, che bombardano continuamente la Terra da ogni direzione. Sono costituiti di elettroni, nuclei atomici, soprattutto di idrogeno, e di fotoni di alta energia.
A seguito degli urti con gli atomi dell’atmosfera, queste particelle si moltiplicano in un processo a catena dando luogo ad una cascata di particelle secondarie che si muovono verso il suolo con una traiettoria quasi parallela a quella del raggio cosmico primario. L’insieme di tutte queste particelle prodotte nell’atmosfera costituisce uno sciame, che può raggiungere il numero di diversi milioni di particelle distribuite su aree molto vaste che possono arrivare a diversi km2.
I raggi cosmici provengono dal Sole, dalle supernovae e da altre sorgenti non ancora identificate della nostra galassia. Ma possono giungere anche da più lontano. In particolare lo studio dei raggi cosmici può fornire preziose informazioni sulle prime fasi dell’evoluzione dell’Universo.

Al livello del suolo, lo sciame è sostanzialmente fatto di:
– adroni (che possono dar luogo a interazioni forti, deboli o elettromagnetiche), tra i quali troviamo i nucleoni, ossia i barioni stabili (protoni) o con lunghissima vita media (neutroni), nonché alcune altre particelle non stabili ma non ancora decadute perché prodotte in prossimità del suolo, come i mesoni π e K;
 – elettroni e fotoni, anch’essi stabili (che possono interagire elettromagneticamente o anche, nel caso dei soli elettroni, debolmente);
– muoni, simili agli elettroni ma più massivi e penetranti, non stabili ma con vita media sufficientemente lunga, che derivano per lo più dai decadimenti dei mesoni π e K;
– neutrini, particelle stabili prive di carica elettrica, capaci di interagire solo debolmente, che sono le particelle più penetranti finora conosciute. (dettaglio)

Sono proprio i muoni a costituire la componente più importante tra le particelle dotate di carica elettrica presenti nello sciame al livello del suolo. La rivelazione di questi muoni cosmici, che trasportano un’essenziale informazione sulla configurazione dello sciame (apertura angolare, molteplicità, energia, punto di produzione), costituisce l’obiettivo dell’esperimento EEE.
Così come avviene già negli Stati Uniti e in Giappone, dove sui tetti di numerose scuole  sono stati posti semplici rivelatori di Raggi Cosmici gestiti dagli studenti, con il Progetto EEE scuole distanti diversi km vengono messe tra loro in “coincidenza”; esse vengono così a costituire un’ampia griglia di rivelatori, adatta a studiare i grandi sciami di altissima energia, come mostrato nell’animazione. Dalla misura delle dimensioni della griglia e dei ritardi temporali con cui viene rivelato l’evento nelle varie scuole è possibile determinare la direzione di provenienza del primario. (dettaglio)

Il rivelatore di raggi cosmici

Il sistema di rivelazione modulare del Progetto EEE, che viene installato in ogni Scuola, è un telescopio costituito da tre piani di rivelatori MRPC , la cui tecnologia deriva da quella utilizzata dal rivelatore TOF all’interno del multirivelatore ALICE presso l’LHC del CERN.
Ogni camera, che offre un’area sensibile di (1.6 x 0.82)  m2, presenta una struttura a sandwich, costituita da:due piani esterni di elettrodi metallici che hanno la forma di strisce (strip) longitudinali, ciascuna lunga 1.6 m e larga 34 mm ;una coppia di vetri resistivi, cui è applicata una alta tensione, posta tra i due piani;all’interno un insieme di lastre di vetro intervallate da strati di gas ( gas gap), nel quale i raggi secondari rilasciano la propria energia ionizzandone le molecole.Il sistema descritto è capace di misurare con grande precisione il punto d’impatto della particella cosmica incidente e il suo tempo di attraversamento. La precisione nella determinazione della coordinata trasversale del punto d’impatto è, per quanto detto, di 34 mm, ma potrà anche risultare migliore nel caso in cui due strip vicine diano segnale.Ogni strip è connessa, a ciascuna delle sue estremità, con un sistema elettronico di lettura e di acquisizione del segnale. La differenza in tempo tra i segnali ai due estremi di ogni strip produce la coordinata longitudinale del punto d’impatto, con una precisione di circa 1 cm. Tramite la misura della posizione dei tre punti d’impatto (uno per piano) è quindi possibile ricostruire la traiettoria rettilinea della particella che ha attraversato il telescopio. Per la lettura e l’acquisizione dei dati, a ogni telescopio è associata una catena elettronica costituita da: a) un sistema detto di front end, per l’amplificazione e la discriminazione dei segnali forniti dagli elettrodi di readout dei rivelatori MRPC; b) un sistema detto di conversione, per la digitalizzazione delle informazioni acquisite; c) un sistema detto di trigger, per la selezione delle particelle. La catena elettronica è connessa con un calcolatore tramite un’opportuna interfaccia. Il calcolatore è posto in rete (Internet).
Il telescopio di ogni Scuola, collocato all’interno dell’edificio scolastico, è dunque in grado di acquisire dati e di trasmetterli via rete ad un opportuno “centro di raccolta”. Ogni telescopio inoltre è geograficamente localizzato e temporalmente sincronizzato via satellite tramite un sistema GPS. È dunque prevista anche l’installazione di un’apposita antenna GPS. Così facendo i telescopi delle varie Scuole possono essere messi in coincidenza in fase di analisi dei dati, allo scopo di rivelare eventi cosmici di energie estreme connessi a sciami cosmici di grande apertura angolare; in questo modo il notevole numero di muoni da essi trasportati, provenienti  da un punto comune nell’alta atmosfera terrestre (il cosiddetto vertice d’interazione del raggio cosmico primario che ha dato origine allo sciame) potrebbero essere rivelati simultaneamente da diversi telescopi situati a grande distanza l’uno dall’altro.I dati trasmessi da tutti i telescopi nelle varie Scuole saranno raccolti e archiviati presso il CNAF dell’INFN di Bologna (Sezione 7.4). L’analisi dei dati sarà effettuata tramite il sistema innovativo di calcolo distribuito GRID, usufruendo dell’esperienza del CERN e dell’INFN in tale settore.

 

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