COSMIC RAY PHYSICS

I risultati di apprendimento attesi per l'insegnamento di "Cosmic Ray Physics" consistono nel fornire una panoramica delle caratteristiche e delle proprietà della radiazione cosmica carica (natura, sorgenti, trasporto e propagazione, accelerazione nello spazio galattico ed extra-galattico, interazione e produzione di cascate dei raggi cosmici in atmosfera terrestre)  nonché nello studiare le caratteristiche dello spettro energetico, della composizione in massa e delle direzioni di arrivo a terra, con particolare attenzione all'intervallo di alta e altissima energia.

Si studieranno, inoltre, le tecniche di rivelazione in modalità diretta dei raggi cosmici di bassa, media e alta energia e le tecniche di rivelazione in modalità indiretta dei raggi cosmici di alta, altissima 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.

Inoltre, in riferimento ai cosiddetti Descrittori di Dublino, questo corso contribuisce ad acquisire le seguenti competenze trasversali:

Conoscenza e capacità di comprensione:

• comprensione critica degli sviluppi più avanzati della Fisica dei Raggi Cosmici, sia negli aspetti teorici che sperimentali e fenomenologici e delle connessioni, anche in campi interdisciplinari (Fisica delle Particelle, Fisica delle Astroparticelle, Astrofisica, Cosmologia, Rivelatori, Statistica);

• notevole padronanza del metodo scientifico e comprensione della natura e dei procedimenti della ricerca in Fisica dei Raggi Cosmici mediante lo studio del percorso storico, delle scoperte, dell'evoluzione delle tecniche sperimentali e dell'uso degli strumenti di misura.

Capacità di applicare conoscenza:

• capacità di identificare gli elementi essenziali di un fenomeno, in termini di ordine di grandezza e di livello di approssimazione necessario, ed essere in grado di effettuare le approssimazioni richieste mediante lo studio e la comprensione dei vari fenomeni caratteristici della Fisica dei Raggi Cosmici - in particolare per quel che riguarda il complesso fenomeno degli Sciami Estesi in Aria - e sulla possibilità di inferire, tramite un articolato processo secondario, a partire dalle misure a terra dei raggi cosmici secondari e dall'analisi delle osservabili attraverso un processo a ritroso passo-passo, le caratteristiche dei raggi cosmici primari;
• capacità di progettare e di mettere in atto procedure sperimentali e teoriche per risolvere problemi della ricerca o per il miglioramento dei risultati esistenti attraverso l'analisi, per esempio, della progettazione dei principali esperimenti nel campo e delle sfide tecnologiche che sono state necessarie per giungere all'attuale stato di conoscenza;
• capacità di sviluppare approcci e metodi nuovi e originali mediante lo studio e la comprensione, in particolare, di nuovi metodi di analisi dei dati reali e di trattazione degli errori statistici e sistematici, assolutamente innovativi e senza precedenti, messi in campo dagli attuali esperimenti. 

Autonomia di giudizio:

Le

• capacità di ragionamento critico,
• capacità di individuare i metodi più appropriati per analizzare criticamente, interpretare ed elaborare i dati sperimentali,
• capacità di individuare le previsioni di una teoria o di un modello

dello studente vengono esercitate e saggiate durante il corso mediante l'introduzione di seminari intercorso (N.3) - denominati "Approfondimenti" a cura dello studente in occasione dei quali lo studente ha il compito di approfondire individualmente uno dei temi trattati a lezione. L'approfondimento consiste nello studio di articoli scientifici originali, nella loro rielaborazione e presentazione critica sotto forma di seminario, mediante l'ausilio di lavagna o di trasparenze oppure di sviluppo di calcoli e/o dimostrazioni alla lavagna o su carta, in giornate dedicate durante il corso e in presenza degli altri studenti che intervengono con domande e dibattito finale.

Abilità comunicative:

Le

• capacità di comunicare in lingua italiana e in lingua inglese nei settori avanzati della Fisica dei Raggi Cosmici,
• capacità di presentare una propria attività di ricerca o di rassegna a un pubblico di specialisti o di profani,
• capacità di esporre oralmente, con proprietà di linguaggio e rigore terminologico, un argomento scientifico, illustrandone motivazioni e risultati,
• capacità di descrivere in forma scritta, con proprietà di linguaggio e rigore terminologico, un argomento scientifico, illustrandone motivazioni e risultati

dello studente vengono addestrate e messe alla prova durante il corso, oltre che tramite gli  "Approfondimenti" di cui al punto precedente, soprattutto mediante la stesura e presentazione di una tesina scritta (min 10 pagine - max 25 pagine) in Latex su un argomento a scelta del programma unitamente alla discussione orale dell’argomento prescelto, supportato dallo studio e approfondimento di articoli originali su riviste scientifiche internazionali "peer-reviewed" (con processo di revisione tra pari),  in numero minimo di 3,  che costituiscono la prova finale per il superamento dell'esame.

Capacità di apprendimento:

Tutti i seguenti punti, peculiari delle "Capacità di apprendimento" previsti dai Descrittori di Dublino", nella fattispecie:

• capacità  di acquisire adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conoscenze,
• capacità  di accedere alla letteratura specializzata sia nel campo prescelto che in campi scientificamente vicini,
• capacità di utilizzare banche dati e risorse bibliografiche e scientifiche per estrarne informazioni e spunti atti a meglio inquadrare e sviluppare il proprio lavoro di studio e di ricerca,
• capacità  di acquisire, attraverso lo studio autonomo, conoscenze in nuovi campi scientifici

dello studente vengono opportunamente e adeguatamente formate, incentivate, addestrate e verificate nell'ambito dell'insegnamento di Cosmic Ray Physics sulla base dei contenuti del corso (in particolare lo studio dello stato dell'arte dei principali e attuali esperimenti, possibilità  di accesso a banche dati e risorse bibliografiche e scientifiche corrispondenti) e l'introduzione dei seminari intercorso di "Approfondimento"  a cura dello studente, nonché della prova finale, che lo obbliga ad esercitare e mettere in campo l'acquisizione di tutte le suddette capacità. 

Insegnamento erogato al I semestre del II Anno per un totale di 

7 CFU = 50 ore: A) 5 CFU (35 ore) + B) 1 CFU (15 ore)

A) Lezioni frontali per un totale di 5 CFU = 35 ore (1 CFU = 7 ore) i.e 18 lezioni da 2 ore circa svolte dal docente in parte alla lavagna e principalmente con l'ausilio di trasparenze da proiettare su lavagna luminosa 

+

B) Esercitazioni per un totale di 1 CFU = 15 ore i.e. 7 Esercitazioni da 2 ore circa dedicate alla preparazione degli "Approfondimenti" storico/teorico/fenomenologico-sperimentale mediante ricerca bibliografica guidata, studio e analisi guidati di articoli scientifici storici di riferimento per il settore, svolgimento guidato di calcoli e dimostrazioni e/o analisi dati, preparazione guidata di documenti scritti e di presentazioni orali in ambiente scientifico in modalità professionale, preparazione guidata a sostenere una sessione di domande/risposte (Question&Answer Time) e/o una discussione in un dibattito scientifico pubblico.

Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA.           

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. E' possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del Dipartimento di Fisica.

Elementi di Fisica Generale 1 e 2, di Elettromagnetismo Classico e Relativistico, di Meccanica Quantistica, di Relatività Ristretta. Elementi di Fisica Nucleare, di Fisica delle Particelle e di Fisica Astroparticellare. Meccanismi di Interazione Radiazione-Materia e Particelle-Materia. Principi di funzionamento di Rivelatori di Particelle.

La frequenza ai corsi è di norma obbligatoria. 

Consultare il Regolamento Didattico del Corso di Studi Magistrale in Physics Coorte 2024-2025.

0) Introduzione: la Fisica dei Raggi Cosmici nell’ambito della Fisica Astroparticellare

La Fisica Astroparticellare: studio di nuovi messaggeri dall’Universo oltre il visibile. Domande fondamentali della Fisica Astroparticellare e campi di ricerca. L’approccio “Multi-messanger”: osservazioni tramite particelle cariche, (raggi cosmici), neutrini, fotoni e onde gravitazionali di alta energia. Studio dell’emissione non termica di alta energia (particelle cariche, fotoni,  neutrini) da sorgenti astrofisiche: intervalli energetici, flussi, ipotetici meccanismi di produzione. Interazione della radiazione cosmica e trasparenza dell’Universo. Rivelatori per la radiazione cosmica. La Fisica Astroparticellare in Italia: il ruolo della Commissione Scientifica Nazionale 2 dell’INFN. L'era dell'Astronomia Multi-messaggera.

1) La scoperta della “Radiazione Cosmica”: percorso storico

I raggi cosmici: particelle cariche, messaggeri del Cosmo, lo spazio come Laboratorio, l’atmosfera terrestre come rivelatore. Generalità, definizioni e  convenzioni sulle unità di misura (l’uso dell’eV). Perché studiare i raggi cosmici. Storia della scoperta dei raggi cosmici: la ionizzazione atmosferica e l’uso dell’elettroscopio a foglie; l’esperimento di Padre Wulf, la scoperta di Victor Hess della radiazione cosmica e il Premio Nobel, le ricerche e gli studi di Pacini, la campagna di voli di Kolhorster, le misure di Millikan, l’uso della camera a nebbia nelle esperienze di Skobeltzyn, Anderson e la scoperta del positrone, Blackett e Occhialini e le tracce di particelle nella radiazione cosmica, la scoperta del muone e la nascita della fisica delle particelle elementari.  Esperimenti sugli effetti del campo magnetico terrestre sui raggi cosmici: l’effetto di latitudine geomagnetica. Studi e misure sull’asimmetria nella distribuzione angolare del flusso dei raggi cosmici rispetto al piano del meridiano geomagnetico: l’effetto EST-OVEST. Bruno Rossi e la prima osservazione degli “Sciami Estesi” di particelle. Le prime misure degli sciami con matrici (array) di contatori Geiger-Muller: la stazione Pamir di G. Zatsepin.  La scoperta degli Sciami Estesi in Aria (Extensive Air Showers o EAS) di Pierre Auger. Il Gruppo dei Raggi Cosmici di Bruno Rossi al MIT (USA) e le misure con l’array Agassiz. La tecnica del “sampling density” e del “fast timing” di Bruno Rossi. L’esperimento “Desert Queen” a Volcano  Ranch di J.Linsley e L. Scarsi: uso di scintillatori+ fotomoltiplicatori in rivelatori di superficie; risultati scientifici. La tecnica dei rivelatori di superficie con rivelatori Cherenkov e le prime misure: Haverah Park. Gli esperimenti Yakutsk e AGASA.  La scoperta del Cosmic Wave Background (CMB) di Penzias e Wilson. L’ipotesi di interazione dei raggi comisci con il CMB o “interazione GZK” di Greisen, Zatsepin e Kuzmin. La tecnica dei rivelatori di fluorescenza e i primi esperimenti: Fly’sEye e HiRes. Scoperta del limite GZK. La discrepanza esistente tra gli spettri energetici misurati dai passati esperimenti HiRes e AGASA. Lo stato dell’arte preambolo alla nascita dell’Osservatorio Pierre Auger. 

2) Elementi di Fisica dei Raggi Cosmici: generalità, processi di origine, accelerazione e propagazione dei Primari nel mezzo intergalattico e galattico

Proprietà generali dei Raggi Cosmici: classificazione dei raggi cosmici in base all’energia e convenzioni. Raggi cosmici primari e secondari. Grandezze osservabili: intensità direzionale e flusso di particelle, spettro energetico differenziale e integrale. Lo spettro energetico dei raggi cosmici;  flusso di particelle e intervalli energetici, andamento e caratteristiche, le strutture del “ginocchio” e della “caviglia”. La composizione chimica dei raggi cosmici di origine galattica: l’effetto pari/dispari. Meccanismo di confinamento dei raggi  cosmici nella Galassia: distanza percorsa e tempo di confinamento. Densità dei raggi cosmici di origine galattica. I processi di accelerazione dei raggi cosmici: il diagramma di Hillas. I processi di accelerazione per energie tra (10^9 - 10^11 eV): il meccanismo di Fermi al I ordine e al II ordine; siti astrofisici in cui si realizza il meccanismo di Fermi al I ordine. I processi di accelerazione per energie maggiori di 10^14 eV. I processi di accelerazione per energie tra 10^18 e 10^21 eV: problematiche. Origine dei raggi cosmici: per energie basse (E<10^9 eV) modulazione solare; per energie intermedie (10^9 eV < E < 10^15 eV) origine galattica di tipo I e per energie oltre il  ginocchio (10^15 eV < E < 10^19 eV) origine galattica di tipo II;  per energie oltre la caviglia (E > 10^19 eV)  origine extra-galattica; per energie estreme (10^19 eV < E < 10^21  eV) ipotetici meccanismi di produzione: lo scenario Bottom-Up e lo scenario Top-Down. Interazione dei raggi cosmici di energia estrema con il CMB e degrado di energia: l’effetto o cut-off GZK, soglia energetica, lunghezza  di interazione e di attenuazione, sfera GZK. I processi principali: foto-produzione di pioni per i protoni, creazione di coppie per i fotoni, foto-disintegrazione dei nuclei. I processi secondari: produzione di coppie da nuclei più pesanti,  produzione di coppie da protoni, interazione dei neutrini con i neutrini fossili. Conseguenze e problematiche aperte inerenti il GZK cut-off.

3) Elementi di Fisica degli Sciami Estesi in Aria: generalità, processi di origine, accelerazione e propagazione dei Secondari in Atmosfera

Il fenomeno degli Sciami Estesi in Aria (EAS): generalità, definizioni e caratteristiche; le prime misure, la scoperta nel 1938 di Pierre Auger, i primi rivelatori per la loro rivelazione. Le componenti di un EAS: componenti adronica ed elettromagnetica (soft) dello sciame, la componente muonica (hard) dello sciame, la produzione di luce Cherenkov e la produzione di luce di Fluorescenza nello sviluppo di uno sciame in atmosfera. La grandezza fisica “profondità atmosferica”. Definizione di sviluppo o profilo laterale e di sviluppo o profilo longitudinale di uno Sciame Esteso in Aria. Teoria degli Sciami Estesi in Aria. I meccanismi concorrenti di produzione di particelle nella cascata elettromagnetica: processo di bremsstrahlung, creazione di coppie e diffusione Compton. Trattazione semplificata delle cascate elettromagnetiche: il modello di Heitler (1944), le ipotesi del modello, parametri e grandezze caratteristiche.  I meccanismi concorrenti di produzione di particelle nella cascata adronica: spallazione nucleare o meccanismo di prima interazione e processi secondari. Trattazione semplificata delle cascate adroniche: il modello di Sovrapposizione, le ipotesi del modello, parametri e grandezze caratteristiche

4) Misure di Raggi Cosmici Primari per E<10^15 eV (Misure Dirette)

Analisi delle caratteristiche tecniche e progettuali dei principali esperimenti per la rivelazione diretta dei raggi cosmici. Misure dirette per raggi cosmici di bassa energia (E< GeV): uso di emulsioni nucleari, di emulsioni plastiche (o track-etch detector). Misure dirette di raggi cosmici primari di  media energia (GeV < E < TeV): uso congiunto di più rivelatori.  Cenni sull’uso e i principi di funzionamento degli scintillatori plastici e dei dispositivi fotomoltiplicatori. Cenni e principi di funzionamento di un calorimetro elettromagnetico e adronico per la misura dell’energia di una particella incidente. I Laboratori sotto terra per la rivelazione dei raggi cosmici: i Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN e l’esperimento MACRO; caratteristiche, obiettivi scientifici e risultati di MACRO.  I Laboratori ad alta quota per la rivelazione  dei raggi cosmici di media e alta energia. L’esperimento storico a Chacaltaya in Bolivia. L’esperimento ARGO-YBJ in Tibet: caratteristiche, obiettivi scientifici e risultati. L’esperimento KASCADE-GRANDE in  Germania: caratteristiche, obiettivi scientifici e risultati. Laboratori in aria o nello spazio per la rivelazione di raggi cosmici di media e alta energia. Esperimenti su pallone:  caratteristiche, vantaggi e svantaggi; l’esperimento CREST: caratteristiche, obiettivi scientifici e risultati. Esperimenti su “base spaziale” su satelliti; osservabili e misure in un esperimento su satellite: misura dell’impulso, misura della carica, misura della massa. L'esperimento PAMELA; caratteristiche, obiettivi scientifici e risultati. Esperimenti su "base spaziale" sulla  Stazione Spaziale  Internazionale (ISS): l’esperimento AMS-02; caratteristiche, obiettivi scientifici e risultati.

5) Misure di Raggi Cosmici Primari per E>10^15 eV (Misure Indirette):

Analisi delle caratteristiche tecniche e progettuali dei principali esperimenti per la rivelazione indiretta dei raggi cosmici primari mediante la rivelazione a terra o nello spazio degli Sciami Estesi in Aria per raggi cosmici primari di E >10^15 eV fino a energie estreme (E<10^21 eV). Gli esperimento a terra o “ground-based”. L’uso dei rivelatori di superficie: rivelatori a scintillazione e rivelatori Cherenkov ad acqua. Definizioni e caratteristiche delle matrici (array) di rivelatori di superficie. I principali esperimenti con l’uso dei rivelatori di superficie: Volcano Ranch, Haverah Park, SUGAR, Yakutsk , AGASA. Proprietà dell’array AGASA e risultati  sperimentali: spettro energetico, anisotropia nelle direzioni di arrivo.  Processo step-by-step di ricostruzione dalle osservabili fisiche a terra alle grandezze caratteristiche dei primari: direzione di arrivo, energia e composizione chimica del primario. Schematizzazione dell’EAS (fronte piano): asse dello sciame, punto di  impatto a terra (core). Misura della direzione di arrivo dell’asse  dello sciame: dai tempi di arrivo ai rivelatori. Ricerca del core: densità di particelle e metodo del baricentro.  Determinazione della dimensione (size) dello sciame: profilo laterale e parametrizzazione NKG. Dal numero di particelle cariche in funzione della distanza dall’asse dello sciame al numero di particelle in corrispondenza della profondità atmosferica massima: il metodo dei "tagli a intensità costanti". Determinazione dell’energia del primario: il parametro densità a 600 m. Determinazione della composizione chimica: il confronto con i modelli e risultati simulazione Montecarlo. Trattazione delle incertezze statistiche e sistematiche. L’emissione di luce Cherenkov in atmosfera nello sviluppo dello sciame. Il fenomeno dell’emissione di luce di fluorescenza in atmosfera nello sviluppo dello sciame. Confronto tra emissione di luce Cherenkov e di fluorescenza. Lo spettro di  luce di fluorescenza in azoto: la resa luminosa di fluorescenza ed efficienza di emissione.  Le misure in laboratorio: dalle  prime misure di Bunner  (1964), a Kakimoto  et all. (1996) all’esperimento attuale AirFly. Fenomeni di attenuazione in atmosfera della luce di fluorescenza: diffusione elastica Rayleigh e anelastica Raman, diffusione Mie elastica sugli aerosols e assorbimento su ossigeno. ll segnale luminoso di fondo: brillantezza intrinseca del cielo notturno (Night Sky Background) e rumore elettronico. L’uso dei rivelatori di fluorescenza: telescopi di fluorescenza e matrici di telescopi. Definizioni e caratteristiche  dei telescopi di fluorescenza, la tecnica a “occhio di mosca”. I principali esperimenti con l’uso dei rivelatori di fluorescenza: Fly’s Eye, HiREs1 e HiRes2. Proprietà dell’esperimento HiRes2 e risultati  scientifici: spettro energetico, anisotropia  nelle direzioni di arrivo. Processo step-by-step di ricostruzione e  analisi dati dalle osservabili fisiche in atmosfera alle grandezze caratteristiche: direzione di  arrivo, energia e composizione chimica  del primario. Schematizzazione dell’EAS (fronte piano): piano sciame-rivelatore, parametro di impatto, angolo di impatto a terra. Misura della geometria dello sciame: dai tempi di arrivo sui fotomoltiplicatori in  modalità monoculare, stereo e ibrida (fit temporale). Misura dello sviluppo longitudinale: dai fotoni sui fotomoltiplicatori  al numero di particelle cariche in funzione della profondità atmosferica: la parametrizzazione Gaisser-Hillas. Sottrazione dei contributi di luce Cherenkov diretta e  diffusa Rayleigh e Mie, valutazione  dell’attenuazione atmosferica. Misura dell’energia del primario: una misura “quasi” calorimetrica, stima dell’energia “invisibile”. Misura della composizione in massa: dalla profondità atmosferica massima alla "elongation rate” e suo “RMS”. Trattazione delle incertezze statistiche e sistematiche . La tecnica “ibrida” per la rivelazione degli Sciami Estesi in Aria: l’uso congiunto di rivelatori di superficie (SD) e di fluorescenza (FD). Duty-cycle dei rivelatori. Ricostruzione tridimensionale dello sciame: profili longitudinale e laterale. Vantaggi della tecnica ibrida: l’indipendenza dai modelli Montecarlo. La calibrazione incrociata o  metodo dell’intercalibrazione SD-FD per la ricostruzione dell’energia del primario: il set di “golden events” e il fit SD-FD. Trattazione degli errori statistici e sistematici nella procedura di inter-calibrazione.

6)  L’Osservatorio Pierre Auger 

L’Osservatorio Pierre Auger (PAO) per la rivelazione di raggi cosmici di energia ultra elevata (UHECRs): tecniche, prestazioni e risultati scientifici. La Collaborazione internazionale Pierre Auger. Il sito del PAO in Argentina: caratteristiche e peculiarità.  Il nucleo prototipo: l’Engineering Array. I rivelatori di superficie ad acqua Cherenkov (SD) e i telescopi di fluorescenza, proprietà strutturali e caratteristiche tecniche.  L’elettronica di interfaccia (Front-End) e acquisizione dati (DAQ) per SD e FD. I trigger di vario livello per l’SD. Il trigger di I e II livello HW e il trigger di III livello SW per l’FD. Tecniche di calibrazione dell’SD.  Calibrazione relativa e assoluta dell’FD. Il monitoring on-line dei rivelatori (SD e FD). Lo Slow-Control dei rivelatori (SD e FD). Il sistema di telecomunicazioni. Il sistema di immagazzinamento e archivio dati e la trasmissione al resto del mondo (repository). Strumenti di monitoraggio atmosferico: monitoraggio meteo (controllo temperatura, umidità e pressione); monitoraggio della copertura nuvolosa con  le camere a infrarossi; monitoraggio della concentrazione degli aerosols in atmosfera: la tecnica LASER (CLF), LIDAR e LIDAR Raman; monitoraggio dei parametri dell’atmosfera: stazione lancio palloni. Potenziamenti (rivelatori InFill, AMIGA, HEAT) del PAO e progetti R&D (AERA, EASIER,  AMBER, MIDAS) per la rivelazione degli EAS mediante la tecnica radio nei GHz e  microonde. L’upgrade del PAO: il progetto AUGERPRIME. I set di dati del PAO e gli estimatori in energia per l’inter-calibrazione. Calcolo dell'esposizione e prestazioni (risoluzioni  angolare ed energetica) del PAO. La scala assoluta in energia. Trattazione e calcolo degli errori statistici e sistematici nella ricostruzione degli eventi e determinazione delle grandezze fisiche  (spettro energetico, direzioni di arrivo e  composizione chimica). Risultati scientifici: lo spettro energetico e il GZK cut-off; la direzione di arrivo dei primari e l’anisotropia su piccola, media e grande scala; la composizione chimica e l’origine galattica-extra-galattica dei primari; la ricerca di  fotoni di energia ultra-elevata, limiti  superiori al loro flusso e confronto con  modelli teorici, la ricerca di neutrini di energia ultra-elevata, limiti superiori al flusso  e il confronto con modelli teorici. Tecnica di ricostruzione degli eventi e metodologie di analisi dati per la  determinazione delle grandezze suddette: i  tagli nelle analisi e simulazioni Montecarlo. Analisi critica dei risultati e il caso scientifico attuale. Descrizione dell’esperimento concorrente (Telescope Array) nell’emisfero Nord e  confronto dei risultati scientifici. Il potenziamento ("upgrade") AUGERPRIME dell'Osservatorio Pierre Auger e il caso scientifico.

7) Prospettive future

Il futuro nella rivelazione dei raggi cosmici di energia ultra-elevata. La rivelazione indiretta degli EAS dallo spazio. Il Programma JEM-EUSO e le missioni intermedie: da terra (TA-EUSO), da pallone (SPB0, SPB1, SPB2, PBR), dallo spazio (dalla ISS: Mini-EUSO, da satellite: il Progetto POEMMA). La rivelazione indiretta degli EAS mediante la tecnica delle onde radio: uso delle antenne radio nell'intervallo dei GHz e MHz. Gli esperimenti prototipo attuali e i Giant Array di antenne radio futuri.

1. T. Stanev "High Energy Cosmic Rays", Springer (Berlin, 2004)
2. M.S. Longair “High Energy Astrophysics”  Cambridge University Press (Cambridge, 1990)
3. T.K. Gaisser "Cosmic Rays and Particle Physics", Cambridge University Press (Cambridge, 1990)
4. D. Perkins "Particle Astrophysics", Oxford University Press (Oxford, 2003)
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)
6. A. De Angelis, M.Pimenta "Introduction to Particle and Astroparticle Physics - Multimessenger Astronomy and its Particle Physics Foundations" - Springer (1st edition, 2015)
7. M. Spurio "Particles and Astrophysics: A Multi-Messenger Approach" - Springer (2015)

La verifica di apprendimento dei contenuti del corso si compone di una serie di Valutazioni Progetto intercorso (denominate "Approfondimenti") in numero di 3 nell'arco di svolgimento dell'insegnamento nelle quali lo studente ha il compito di approfondire individualmente uno dei temi trattati a lezione. L'Approfondimento consiste nello studio di articoli scientifici originali, nella loro rielaborazione e presentazione critica sotto forma di seminario, mediante l'ausilio di lavagna o di trasparenze, in giornate dedicate durante il corso e in presenza degli altri studenti che possono intervenire con domande e dibattito finale.

La scelta degli argomenti da approfondire è a discrezione dello studente purché gli Approfondimenti siano distribuiti sui seguenti aspetti del programma: 1) approfondimento "storico" (I parte Programma),  2) approfondimento "teorico" (sviluppo di formule e trattazione dettagliata di un aspetto della teoria dei Raggi Cosmici (II parte Programma), 3) approfondimento "fenomenologico/sperimentale"  (studio di un esperimento attuale, delle tecniche sperimentali, dei risultati scientifici) (III parte Programma).

Superata la fase degli "Approfondimenti", con i quali si considera esaurito gran parte del programma, l'Esame Finale consisterà in una prova scritta: la stesura e presentazione di una Tesina scritta (max 25 pagine) su un argomento a scelta del programma (a esclusione degli argomenti già trattati dallo studente durante gli "Approfondimenti"), unitamente alla discussione orale dell’argomento prescelto, supportato dallo studio e approfondimento di articoli originali (in numero minimo di 3) su riviste scientifiche.  La sottomissione della Tesina consentirà l'ammissione alla prova orale e contribuirà a determinare il voto finale  . 

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Per le date di esame finale dell'insegnamento di "Cosmic Ray Physics" si invitano gli studenti a consultare il Calendario di Esami del Corso di Laurea sul sito web del CdS Laurea Magistrale in Physics: https://www.dfa.unict.it/corsi/lm-17/esami 

In totale sono programmati 10 appelli nell'Anno Accademico in corso così distribuiti: 2 appelli in Prima Sessione, 2 appelli in Seconda Sessione, 2 appelli in Terza Sessione, 2 appelli straordinari in Pausa Didattica (per studenti fuori corso, per laureandi, per studenti di cui all’art.27 del RDA e per gli studenti iscritti regolarmente ad anni successivi al primo per consentire loro di recuperare gli esami degli anni precedenti non ancora superati, ai sensi dell’art. 16, comma 5 bis del RDA), 2 appelli straordinari per Fuori Corso (per studenti fuori corso, per laureandi, per studenti di cui all’art.27 del RDA). 

PREMESSA: Le domande di seguito riportate non costituiscono un elenco esaustivo ma rappresentano solo alcuni esempi.

1) Approfondimento "storico" (I parte Programma): analisi di una delle principali scoperte (dal 1900 al 1990) nel campo della Fisica dei Raggi Cosmici e degli esperimenti che hanno condotto ad essa;

2) Approfondimento "teorico" (II parte Programma): sviluppo di formule e trattazione teorica dettagliata di un aspetto della Teoria dei Raggi Cosmici;

3) Approfondimento "fenomenologico/sperimentale" (III parte Programma): studio di un esperimento attuale, delle tecniche sperimentali, dell'analisi dei dati, dei risultati scientifici.