Progetto Extreme Energy Events

1. Perché EEE Progetto Extreme Energy Events I raggi cosmici Telescopio MRPC Enti promotori di D. Martini

2. Perché EEE Il Progetto EEE si interessa di capire dove, quando e come nascono i “raggi cosmici” primari (protoni o nuclei), che costituiscono la “cenere” del Big Bang e viaggiano per milioni e milioni di anni a partire dalle zone più remote dello spazio, ben oltre la Luna, il Sole e le Stelle visibili a occhio nudo. Il Progetto EEE è strutturato su base modulare e prevede che in numerose Scuole d’Italia (Licei o Istituti Tecnici) venga costruito un modulo di apparato sperimentale, ossia un “telescopio” di rivelatori denominati MRPC (Multigap Resistive Plate Chamber) dedicato all’osservazione e alla misura dei muoni cosmici. In ogni Scuola i ragazzi partecipano alla realizzazione e alla messa in funzione del telescopio, imparando ad analizzare i dati acquisiti mediante opportuni software. Questi vengono confrontati tra le diverse scuole e sono un contributo originale per lo studio dei raggi cosmici appartenenti alla classe EEE. Studiando i raggi cosmici, nasce nei ragazzi un interesse diretto per le problematiche i cui legami con i raggi cosmici sono parte integrante della componente di Cultura Scientifica da trattare in relazione alla realizzazione del Progetto. Il Progetto EEE potrà dunque portare la Scienza nel cuore dei giovani attraverso un’azione di incentivazione culturale diretta, che nasce quando i ragazzi sentono di essere diventati protagonisti nella costruzione di uno strumento e nell’elaborazione di dati che sono alle frontiere del pensiero scientifico.

3. Workshop – Erice 24, 25 novembre 2007 Il Primo workshop  del progetto  EEE  si è svolto presso la Fondazione Majorana di  Erice (TP). Si è discusso dell’andamento del progetto EEE. In tale ambito alcuni collaboratori del Centro Fermi hanno illustrato le fasi di assemblaggio del telescopio MRPC, spiegandone contemporaneamente il funzionamento. L’esauriente intervento del prof. Zichichi ha focalizzato l’attenzione sul contesto scientifico di tale esperimento e delle aspettative che su di esso vertono. Successivamente ciascun istituto coinvolto ha relazionato sullo stato d’avanzamento del progetto in ciascuna realtà. Per il nostro istituto ha preso la parola la prof.ssa A. Paravano, la quale ha riferito in merito al lavoro svolto a Ginevra dai ragazzi della nostra scuola per la costruzione del rivelatore. In conclusione l’evento è stato utile e formativo, nonché un’occasione per i ragazzi che hanno partecipato per confrontarsi ed approfondire le conoscenze nel mondo della fisica.

4. Viaggio d’istruzione al CERN di Ginevra Gli alunni che hanno aderito al progetto EEE si sono recati nel settembre dell’anno 2008 in visita al Cern di Ginevra accompagnati dalle prof.sse A. Paravano e M.L. Vittorini.

5. Foto di gruppo davanti al Booster dell’esperimento LHC

6. Distribuzione geografica dei rivelatori Sulla mappa sottostante sono indicate con una stella le 30 città d’Italia i cui Licei o Istituti (in totale 46) hanno già manifestato il loro interesse per il Progetto EEE, in molte di queste il telescopio è già stato installato

7. Raggi cosmici I raggi cosmici sono flussi di particelle e nuclei atomici ad alta energia provenienti dallo spazio. La loro origine è sia galattica che extragalattica. Da misure fatte su palloni aerostatici a grande altitudine o su satelliti sappiamo che la grandissima maggioranza dei raggi cosmici è costituita da protoni (circa 90%). Abbiamo poi nuclei atomici di svariati elementi, da quelli più leggeri come l’elio (circa 9%) fino ai più pesanti (1%) come ferro e uranio. Sia i protoni che i nuclei sono carichi positivamente quindi la quasi totalità dei raggi cosmici ha carica positiva. Essi contengono anche una piccola percentuale di elettroni, fotoni e altre particelle subatomiche. Fino all’affermazione delle macchine acceleratici di particelle, i raggi cosmici furono di estrema importanza per la fisica delle alte energie in quanto costituivano una sorgente naturale di particelle, spesso sconosciute. La maggior parte dei raggi cosmici che ci provengono sono fermati dall’atmosfera, producendo cosi delle interazioni che provocano una “cascata” di particelle secondarie, da una iniziale particella energetica. Infatti questi raggi entrando in contatto con le particelle della nostra atmosfera, generano un nuovo tipo di particelle: il muone e il pione. I muoni sono particelle che hanno la stessa carica elettrica degli elettroni (pur non essendo stabili come quest’ultimi). Altri particolari raggi cosmici sono i neutrini, che possono passare nella materia senza interagire con essa. Cascata cosmica

8. Dove e come si producono i raggi cosmici primari ? Supernovae Sole Nuclei galattici Stelle di neutroni

9. La cascata cosmica Si può osservare come i muoni formino un “cono” minore

10. Il telescopio MRPC La denominazione MRPC è l’abbreviazione di Multigap Resistive Plate Chamber che definisce la tecnologia dell’apparato. Il telescopio è composto da tre condensatori piani ad alta tensione disposti all’interno di una struttura di sostegno e collegati ad un sistema di acquisizione dati e ad un GPS. All’interno di ogni condensatore un gas genera, al passaggio di un μ, una scia di cariche secondarie che venendo attratte dagli elettrodi danno il segnale di ingresso. La segmentazione delle armature dei condensatori e la suddivisione dell’intercapedine del gas in piccole celle (gas gap) fornirà poi la definizione del segnale, ossia la registrazione del punto di impatto del μ e l’istante di tempo in cui è avvenuto. La dimensione dei gap, 350 μm, è stata scelta per ridurre la possibilità di scariche elettriche nel rivelatore; il numero dei gap, pari a 6, è stato scelto per assicurare un’alta efficienza di rilevazione. Schema telescopio

11. Principio di funzionamento MRPC Particella incidente condensatore piano - Catodo + + ionizzazione Gas Freon (C2F4H2) - Anodo - + Ionizzazione Valanghe elettromagnetiche Segnale elettrico HV

12. Il telescopio Il MRPC Apparato per la registrazione degli eventi

13. Working…. I ragazzi durante l’analisi dei dati con il software Root Si procede alla verifica della corretta funzionalità

14. Enti promotori • Al Progetto EEE partecipano i seguenti Enti e Istituzioni. • CERN – European Organization for Nuclear Research (Centro Europeo di Ricerche in Fisica Nucleare e Subnucleare), Ginevra • INFN – Istituto Nazionale di Fisica Nucleare • Centro Fermi – Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche“Enrico Fermi” • INGV – Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia • FCCSEM – Fondazione e Centro di Cultura Scientifica “Ettore Majorana” • WFS – World Federation of Scientists • Conferenza dei Presidi delle Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali delle Università Italiane • AIF – Associazione per l’Insegnamento della Fisica • CNR – Consiglio Nazionale delle Ricerche I Laboratori e le Strutture del CERN, i Laboratori Nazionali e le Sezioni dell’INFN, e i Dipartimenti di Fisica delle Università saranno i punti di riferimento per la parte tecnico-scientifica del Progetto. Di particolare rilievo sarà il coinvolgimento del Centro Fermi, dell’AIF e del CNAF (Centro Nazionale per la Ricerca e Sviluppo nelle Tecnologie Informatiche e Telematiche) dell’INFN. Il Progetto usufruirà inoltre della stretta collaborazione con FCCSEM, INGV e WFS, e con la Conferenza dei Presidi delle Facoltà di Scienze delle Università.La responsabilità del Progetto EEE compete a un Comitato Tecnico Scientifico presieduto da: • Prof. Antonino ZICHICHI • CERN (Ginevra), Centro Fermi (Roma), FCCSEM (Erice), WFS (Ginevra-Losanna).