FISICA DEI RAGGI COSMICI

Gli obiettivi dell'insegnamento di Fisica dei Raggi Cosmici sono di dare una panoramica delle caratteristiche delle proprietà della radiazione cosmica: natura, sorgenti, trasporto e propagazione, accelerazione nello spazio galattico e extra-galattico, interazione e produzione di cascate (sciami) dei raggi cosmici in atmosfera terrestre nonchè lo studio delle caratteristiche dello spettro energetico, della sua composizione in massa e delle direzioni di arrivo a terra dei raggi cosmici con particolare attenzione all'intervallo di alta e altissima energia.

Si studieranno, inoltre, le tecniche di rivelazione in modalità diretta e in modalità indiretta dei raggi cosmici di bassa, alta ed estrema energia. Si esamineranno i risultati scientifici dei maggiori esperimenti passati e presenti dedicati alla rivelazione dei raggi cosmici, lo stato dell'arte e le prospettive future della comunità scientifica di riferimento.

Fisica Generale 1 e 2 , Elettromagnetismo classico, Relatività Ristretta, nozioni di Fisica Nucleare, Fisica delle Particelle e Fisica Astroparticellare, Meccanismi di Interazione Radiazione-Materia e principi di funzionamento di Rivelatori di Particelle.

Frequenza non obbligatoria, ma fortemente consigliata.

Osservazioni storiche e scoperta dei raggi cosmici.

Il flusso dei raggi cosmici al top-atmosferico. L’abbondanza degli elementi chimici nei raggi cosmici. Abbondanza isotopica. Composizione dei raggi cosmici.

Particelle cariche in un campo magnetico. La rigidità. L’età dei raggi cosmici. Anisotropie nelle direzioni di arrivo dei raggi cosmici.

Spettro d'energia dei raggi cosmici e composizione dei raggi cosmici: i problemi del “ginocchio” e della “caviglia” dello spettro primario.

I raggi cosmici di bassa e media energia: cenni sulla radiazione cosmica del Sole; L’attività solare e i cicli solari. Venti solari. Forbush decrease.

I raggi cosmici di alta e altissima energia.

I raggi cosmici di energia estrema. Il fenomeno del GZK-cutoff.

Il fenomeno degli Extensive Air Showers: i meccanismi di moltiplicazione e di perdita di energia in atmosfera. Interazione elettromagnetiche ed adroniche delle particelle in atmosfera.

Sorgenti e meccanismi di propagazione dei raggi cosmici nella nostra galassia: il volume di confinamento e il modello “Leaky Box”.

Meccanismi di accelerazione dei raggi cosmici e sorgenti extragalattiche.

Tecniche sperimentali di osservazione in modalità diretta e in modalità indiretta dei raggi cosmici con rivelatori a terra o sotterranei o nello spazio.

Principali esperimenti del settore e risultati scientifici.

1. M.S. Longair “High Energy Astrophysics” Cambridge University Press (Cambridge, 1990)
2. T.K. Gaisser "Cosmic Rays and Particle Physics", Cambridge University Press (Cambridge, 1990)
3. D. Perkins "Particle Astrophysics", Oxford University Press (Oxford, 2003)
4. T. Stanev "High Energy Cosmic Rays", Springer (Berlin, 2004)
5. Dr. Peter K.F. Grieder "Extensive Air Showers - High Energy Phenomena and Astrophysical Aspects A Tutorial, Reference Manual and Data Book" - Volume 1 & Volume 2 (Springer Verlag Berlin Heidelberg 2010)

Lo studente è comunque libero di scegliere qualsiasi altro testo sull'argomento di livello universitario o specialistico.

Articoli di rassegna forniti dal professore. Appunti e slides delle lezioni forniti dal professore.

L'esame consisterà nella stesura e presentazione di una tesina di approfondimento (max 25 pagine) su un argomento a scelta del programma presentato, unitamente alla discussione orale dell’argomento prescelto, supportato dallo studio e approfondimento di articoli originali (max 3) su riviste scientifiche, peculiari del tema prescelto.

La tesina andrà presentata al massimo 1 settimana prima della data concordata per la prova orale.