Fisica delle particelle: i raggi cosmici

Dal cielo non ci arriva soltanto la luce delle stelle, ma anche un continuo flusso di particelle di materia proveniente da ogni direzione: sono i raggi cosmici, composti essenzialmente da elettroni e protoni, ovvero un nucleo d'idrogeno, ma anche da nuclei di elio e, in misura molto minore, da nuclei di tutti gli elementi che compaiono nella rinomata Tavola Periodica degli Elementi di Mendeleev. Essi rappresentano perciò un'altra forma - di tipo corpuscolare, complementare con quello della radiazione elettromagnetica - da cui è possibile trarre informazioni sull'universo.
I raggi cosmici sono le particelle di materia più veloci che tutt'oggi si conoscono: alcune possono raggiungere una velocità pari a 0,999999 volte la velocità della luce. Essi hanno origine sia nella nostra Galassia che in sorgenti cosiddette extra-galattiche: poiché sono dotati di carica elettrica, sono accelerati e deviati sia dai campi magnetici interstellari presenti nella Galassia, sia dal campo magnetico terrestre, quando arrivano in prossimità del nostro pianeta. Per questo è impossibile ricostruire la loro traiettoria e scoprire da dove provengono, cioè individuare le sorgenti astrofisiche che li hanno emessi. Si suppone però che, almeno per quanto riguarda i raggi cosmici dotati di meno energia, abbiano origine dalle supernovae, che siano parte delle nubi di materia in rapida espansione prodotte dall'esplosione di stelle massicce. In particolare, una supernova - l'esplosione che caratterizza la fase evolutiva terminale di una stella di grande massa - è in grado di portare particelle e nuclei atomici a velocità (e quindi energie) molto elevate, paragonabili a quelle osservate nella maggior parte dei raggi cosmici.

Nell'immagine, la nebulosa del Granchio (M1) nella costellazione del Toro è ciò che resta di una supernova. Ha un diametro di circa 10 anni luce. Il gas espulso dall'esplosione avvenuta nel 1054 si sta ancora espandendo a una velocità di circa 1800 km/s. Al centro su trova una stella di neutroni che ruota su se stessa circa 30 volte al secondo (pulsar).

In effetti, i raggi cosmici coprono un ampio spettro di energie. Il loro numero, però, aumenta al diminuire dell'energia: i raggi cosmici meno energetici sono quantitativamente molti di più dei raggi cosmici a energie elevatissime, che sono perciò molto rari.
Quando un raggio cosmico arriva al pianeta urta una molecole di atmosfera e, in particolare, uno dei nuclei di cui essa è composta. L'esito di queste collisioni, non troppo diverse da quelle che avvengono negli acceleratori di particelle, è la produzione di un grandissimo numero di particelle: è la pioggia o doccia atmosferica o, ancora sciame atmosferico. Alcune di queste particelle interagiscono con altri nuclei, altre decadono spontaneamente creando nuove particelle in un processo di moltiplicazione dello sciamo. Molte altre, invece, riescono ad arrivare alla superficie terrestre: sono tipicamente elettroni, muoni, neutrini e fotoni, e sono definite raggi cosmici secondari proprio per distinguerle dai raggi cosmici primari da cui hanno avuto origine, e che sono quelli che arrivano fino alla nostra atmosfera.
Le particelle che arrivano al suolo, rilevate con strumenti di superficie o sotterranei, contribuiscono in maniera significativa alla radioattività naturale (causata dai nuclei radioattivi presenti in molte rocce della crosta terrestre) innalzandone il livello di oltre 30%.
La rilevazione dei raggi cosmici primari è realizzata da strumenti posti fuori dall'atmosfera terrestre in modo da intercettarli prima che interagiscano con i gas atmosferici.
Fisica delle particelle: i raggi cosmici Fisica delle particelle: i raggi cosmici Reviewed by Pietro Capuozzo on 20.1.10 Rating: 5
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