Fisica dei Raggi Cosmici di Altissima Energia in esperimenti dalla Terra: l’Osservatorio Pierre Auger
Docenti: G. Anastasi*, R. Caruso, A. Del Popolo
I Raggi Cosmici primari sono particelle cariche (nuclei da protoni al Ferro) che dal Cosmo raggiungono costantemente la Terra con energie tra i 109 e i 1020 eV. Quando un cosmico altamente energetico (E> 1019 eV) collide con i nuclei negli strati alti dell’atmosfera terrestre produce particelle secondarie che, per successive interazioni nucleari, elettromagnetiche e collisioni, creano una valanga o “cascata” di raggi cosmici secondari detta “Sciame Esteso in Aria” (EAS), investendo la superficie terrestre con miliardi di particelle su aree di migliaia di m2. Inferire l’energia, la direzione di arrivo e la composizione chimica del primario che origina l’EAS consente di comprendere i meccanismi di produzione, accelerazione e propagazione dei primari nel Cosmo e di fornire preziose informazioni sulle sorgenti astrofisiche, sui meccanismi che coinvolgono le interazioni fondamentali (ad energie che non è possibile raggiungere agli acceleratori in laboratori terrestri), sull’origine e la natura della materia nell’Universo. La ricerca dei raggi cosmici di altissima energia (UHECRs) avviene attraverso la misura indiretta degli EAS con gigantesche matrici di rivelatori sulla superficie terrestre.
Fin dal 2000, i docenti del DFA afferenti a questa linea di ricerca sono membri di una Collaborazione scientifica internazionale (circa 400 scienziati da 17 Paesi nel Mondo) che opera nell’ambito dell’Osservatorio Pierre Auger. Attualmente l’Osservatorio Pierre Auger (https://www.auger.org) è il più grande multi-ibrido Osservatorio al mondo per la ricerca degli UHECRs con 1660 rivelatori a terra (rivelatori Cherenkov ad acqua) dislocati su un’area di circa 3000 km2 in un vasto altipiano (1450 m s.l.m.) della Pampa Argentina, a ridosso della Cordigliera delle Ande, circondati da 27 telescopi di fluorescenza.
Nel corso degli anni, i docenti del DFA hanno contribuito fattivamente alla fondazione dell’Osservatorio, alla progettazione e installazione dei rivelatori, alla manutenzione e ai turni di presa dati nonché alla realizzazione di un potenziamento (AugerPrime) dell’Osservatorio tra il 2015 e il 2025, alle simulazioni e analisi dei dati, agli studi e ai risultati di fisica, al raggiungimento di successi scientifici miliari pubblicati in Science 318 (2007) 938; Science 357 (2017) 1266;, PRL 135 (2025) 241002, evidenziato come "Highlight" Anno 2025 in Fisica da APS.
(*) (apporto esterno nello sviluppo di approcci Machine Learning al trattamento dei dati nell'ambito delle attività del progetto CN-HPC).