dei RC dei RC

(1)

1. 1. Introduzione: Introduzione:

Storia ed importanza Storia ed importanza

dei RC dei RC

Corso

Corso ““Astrofisica delle particelle Astrofisica delle particelle””

Prof. Maurizio Spurio Prof. Maurizio Spurio Università di

Università di Bologna Bologna a.a a.a.. 2011/12 2011/12

(2)

Outline Outline

1. 1. Breve storia della fisica dei RC Breve storia della fisica dei RC 2.

2. Lo spettro energetico dei RC primari Lo spettro energetico dei RC primari 3.

3. I RC secondari I RC secondari 4.

4. Densità numerica e di energia dei RC Densità numerica e di energia dei RC 4.

4. Densità numerica e di energia dei RC Densità numerica e di energia dei RC 5.

5. Confinamento Confinamento 6.

6. Potenza energetica delle sorgenti Potenza energetica delle sorgenti

(3)

1.1 Breve storia dei RC 1.1 Breve storia dei RC

Scoperta della radioattività (Scoperta della radioattività (18961896) ad ) ad Antoine Henri Becquerel

Antoine Henri Becquerel

J. J. McLennanMcLennan e Ee E. Rutherford notarono . Rutherford notarono (1903) che un rivelatore completamente (1903) che un rivelatore completamente schermato non mostrava un segnale schermato non mostrava un segnale nullo, deducendone l'esistenza di una nullo, deducendone l'esistenza di una radiazione altamente penetrante.

radiazione altamente penetrante.

Per controllare l'ipotesi che tale Per controllare l'ipotesi che tale radiazione provenisse dalla

radiazione provenisse dalla terra A. terra A.

Gockel

Gockel effettuò nel 1910 misure effettuò nel 1910 misure fino fino all'altezza di 5 km. Il fisico austriaco all'altezza di 5 km. Il fisico austriaco Victor Franz Hess

Victor Franz Hess (Nobel nel 1936 per (Nobel nel 1936 per le sue

le sue pionieristiche ricerche), ed il fisico pionieristiche ricerche), ed il fisico W.

W. KolhorsterKolhorster effettuarono effettuarono ulteriori ulteriori misure (1911

misure (1911 -- 1914) fino all'altezza di 9 1914) fino all'altezza di 9 km utilizzando palloni aerostatici.

km utilizzando palloni aerostatici.

(4)

L’ esperimento di Hess L’ esperimento di Hess

• Nel 1912, Hess caricò su un pallone aerostatico un

dispositivo per misurare le particelle cariche.

• Nel volo, si dimostrò come la radiazione aumentava con

l’altitudine.

• Questo significava che la radiazione sconosciuta non

aveva origine terrestre (come la radioattività naturale) ma

proveniva dallo spazio esterno, da cui il nome di Raggi

Cosmici

(5)

Dopo Hess, fu Dopo Hess, fu MillikanMillikan, nel 1925, ad interessarsi a questa , nel 1925, ad interessarsi a questa

radiazione, e a lui si deve il nome di raggi cosmici: egli riteneva radiazione, e a lui si deve il nome di raggi cosmici: egli riteneva che fossero composti principalmente da raggi gamma.

che fossero composti principalmente da raggi gamma.

Compton ipotizzò, al contrario, che fossero composti da Compton ipotizzò, al contrario, che fossero composti da

particelle cariche: successive misurazioni dimostrarono la validità particelle cariche: successive misurazioni dimostrarono la validità di questa seconda ipotesi. La distribuzione dei RC, infatti, variava di questa seconda ipotesi. La distribuzione dei RC, infatti, variava con la latitudine magnetica, come ci si attende per le particelle con la latitudine magnetica, come ci si attende per le particelle cariche sotto l'influenza del campo geomagnetico terrestre.

cariche sotto l'influenza del campo geomagnetico terrestre.

Nel 1930 il fisico italiano Bruno Rossi notò che, se la carica delle Nel 1930 il fisico italiano Bruno Rossi notò che, se la carica delle particelle era positiva, esse dovevano provenire in maniera

particelle era positiva, esse dovevano provenire in maniera particelle era positiva, esse dovevano provenire in maniera particelle era positiva, esse dovevano provenire in maniera preferenziale da est.

preferenziale da est. ThomsonThomson dimostòdimostò sperimentalmente la sperimentalmente la giustezza dell'intuizione dell'italiano.

giustezza dell'intuizione dell'italiano.

A partire dagli anni ’30 sino alla nascita dei primi acceleratori di A partire dagli anni ’30 sino alla nascita dei primi acceleratori di particelle, la storia della fisica delle particelle coincide con quella particelle, la storia della fisica delle particelle coincide con quella dei Raggi Cosmici

dei Raggi Cosmici

Si pose la questione sull'origine e la provenienza dei raggi Si pose la questione sull'origine e la provenienza dei raggi

primari. Nascita dell’astrofisica dei RC (scuola russa, anni ’60) primari. Nascita dell’astrofisica dei RC (scuola russa, anni ’60)

“The

“The OriginOrigin ofof CosmicCosmic RaysRays”, Ginzburg and ”, Ginzburg and SyrovatskiiSyrovatskii. (1964). (1964)

(6)

Particelle scoperte nei RC Particelle scoperte nei RC

Il positrone Il positrone (1932). (1932).

Carl Anderson osservò delle particelle cariche positivamente, che lasciavano nella Carl Anderson osservò delle particelle cariche positivamente, che lasciavano nella camera a nebbia la stessa traccia degli elettroni. I suoi risultati furono convalidati camera a nebbia la stessa traccia degli elettroni. I suoi risultati furono convalidati nel 1933 da P. Blackett e G. Occhialini che riconobbero in esse l’antielettrone o nel 1933 da P. Blackett e G. Occhialini che riconobbero in esse l’antielettrone o positrone proposto teoricamente da Dirac, osservando la conversione di fotoni positrone proposto teoricamente da Dirac, osservando la conversione di fotoni di alta energia in coppie e+e

di alta energia in coppie e+e--..

Vedi:Vedi:

http://www.infn.it/notiziario/not12/Art1.pdf http://www.infn.it/notiziario/not12/Art1.pdf

(7)

Il muone (1937). Il muone (1937).

Ancora Anderson, notò delle particelle che deviavano in maniera diversa dagli Ancora Anderson, notò delle particelle che deviavano in maniera diversa dagli elettroni e da altre particelle note quando queste passavano attraverso un campo elettroni e da altre particelle note quando queste passavano attraverso un campo magnetico. In

magnetico. In particolare, queste nuove particelle venivano deflesse ad un angolo particolare, queste nuove particelle venivano deflesse ad un angolo minore rispetto agli elettroni, ma più acuto di quello dei protoni. Si assunse che la minore rispetto agli elettroni, ma più acuto di quello dei protoni. Si assunse che la loro carica fosse identica a quella dell'elettrone e, per rispondere alla differenza di loro carica fosse identica a quella dell'elettrone e, per rispondere alla differenza di deflessione, si ritenne che avesse una massa intermedia (un valore compreso tra deflessione, si ritenne che avesse una massa intermedia (un valore compreso tra la massa del protone e dell'elettrone).

la massa del protone e dell'elettrone).

Si pensava che fosse la particella ipotizzata Si pensava che fosse la particella ipotizzata

http://www.lincei.it/pubblicazioni/rendicontiFMN/rol/pdf/S2004-04-21.pdf

Si pensava che fosse la particella ipotizzata Si pensava che fosse la particella ipotizzata da Yukawa per spiegare le interazioni tra da Yukawa per spiegare le interazioni tra nucleoni per formare i nuclei

nucleoni per formare i nuclei

Si scoprì che questa particella aveva delle Si scoprì che questa particella aveva delle caratteristiche pecuniari da renderla il caratteristiche pecuniari da renderla il

cugino pesante dell’elettrone (esperimento cugino pesante dell’elettrone (esperimento Pancini

Pancini--PiccioniPiccioni--Conversi). Leggere Conversi). Leggere l’articolo di Salvini:

l’articolo di Salvini:

(8)

Il pione (1947). Il pione (1947).

Particella predetta nel 1936 da Particella predetta nel 1936 da HidekiHideki Yukawa

Yukawa, il pione si osservò , il pione si osservò

sperimentalmente solo nel 1947 da sperimentalmente solo nel 1947 da parte di C.F.

parte di C.F. PawelPawel,G. Occhialini e C. ,G. Occhialini e C.

Lattes

Lattes, utilizzando speciali emulsioni , utilizzando speciali emulsioni fotografiche per registrare la

fotografiche per registrare la

produzione di pioni da parte dei raggi produzione di pioni da parte dei raggi cosmici e il loro successivo

cosmici e il loro successivo cosmici e il loro successivo cosmici e il loro successivo

decadimento in muoni, che a loro volta decadimento in muoni, che a loro volta decadono in elettroni (o positroni) e in decadono in elettroni (o positroni) e in neutrini (invisibili

neutrini (invisibili).).

Vedi i filmatiVedi i filmati::

http://www.explora.rai.it/online/http://www.explora.rai.it/online/doc.aspdoc.asp?pun_id=1140?pun_id=1140

(9)

Esempio di iperone: un decadimento a cascata nell’

osservatorio del

osservatorio del Pic Pic du du Midi (2877m, Pirenei) Midi (2877m, Pirenei)

Gli “Iperoni” (anni ’50), ossia particelle composte da Gli “Iperoni” (anni ’50), ossia particelle composte da quarks

quarks..

Y

⁻

V

⁰1 + π⁻

V

⁰

p

⁺ + π⁻

(Massa

≈

2600 m

_e

)

(10)

Le particelle K degli emulsionisti Le particelle K degli emulsionisti

(circa 1953) (circa 1953)

µ

τ

^±

π

^±

+ π

⁺

+ π

⁻ ^m_τ ^≈ ^{970 m}_e e

κ

^±

µ

^±

+ ?

⁰

+ ?

⁰ ^m_κ ^≈ ^{1125 m}_e

κ µ

?0

χ

^±

π

^±

+ ?

⁰ ^m_χ ^≈ 900 - 1000 m_e

Jungfraujoch, Svizzera tedesca, 3454 m

(11)

… poi gli acceleratori

LEP/LHCLEP/LHC

(12)

1.2 Lo spettro energetico dei RC 1.2 Lo spettro energetico dei RC

primari primari

1)

1) Si chiamano Si chiamano RC primari RC primari quelli che giungono quelli che giungono sulla sommità della atmosfera, senza interagirvi sulla sommità della atmosfera, senza interagirvi 2)

2) Lo spettro energetico dei RC mostra un grado Lo spettro energetico dei RC mostra un grado di organizzazione estremamente elevato

di organizzazione estremamente elevato di organizzazione estremamente elevato di organizzazione estremamente elevato 3)

3) Le energie più elevate misurate sono E Le energie più elevate misurate sono E ≅≅ 10 10

²⁰²⁰

eV = Energia cinetica palla da tennis @100 eV = Energia cinetica palla da tennis @100 km/h

km/h 4)

4) Le energie più elevate in gioco nei RC sono Le energie più elevate in gioco nei RC sono irraggiungibili agli acceleratori (ed anche

irraggiungibili agli acceleratori (ed anche alcune

alcune regioni cinematiche regioni cinematiche))

(13)

Fig. 1 Fig. 1

ΦΦ_TOT_TOT~10000 m~10000 m^--22ss^--22srsr^--11

Misure dirette: 90% p, 9% Misure dirette: 90% p, 9%

He, 1% nuclei pesanti He, 1% nuclei pesanti

Si estende per 13 ordini di Si estende per 13 ordini di grandezza in energia

grandezza in energia

Per 32 ordini di grandezza Per 32 ordini di grandezza

Per 32 ordini di grandezza Per 32 ordini di grandezza in flusso

in flusso

Legge di potenza su tutto Legge di potenza su tutto lo

lo spettro, con almeno spettro, con almeno

due cambi di pendenza

(14)

Lo spettro energetico di Fig. 1 può essere descritto dalla Lo spettro energetico di Fig. 1 può essere descritto dalla legge (

legge (flusso o spettro differenzialeflusso o spettro differenziale dei RC:)dei RC:)

) (

)

( E = k ⋅ E

⁻^γ

cm

⁻²

s

⁻¹

sr

⁻¹

GeV

⁻¹

φ

Legge che descrive i dati sperimentali.Legge che descrive i dati sperimentali.

I parametri k e I parametri k e γγ vengono determinati vengono determinati dall’adattamento della curva coi dati dall’adattamento della curva coi dati dall’adattamento della curva coi dati dall’adattamento della curva coi dati

Regolarità di un fenomeno fisicoRegolarità di un fenomeno fisico

Legge di natura!Legge di natura!

Occorre (scopo del seguente corso!) Occorre (scopo del seguente corso!) scoprire quali sono i fenomeni naturali scoprire quali sono i fenomeni naturali che producono tale legge di natura.

che producono tale legge di natura.

Implica conoscenze di fisica, astrofisica Implica conoscenze di fisica, astrofisica

(15)

Spettro integrale Spettro integrale

Dallo spettro differenziale (in Dallo spettro differenziale (in

funzione dell’energia), si può passare funzione dell’energia), si può passare allo spettro integrale:

allo spettro integrale:

) 1 ( )

( ₀ ⁻ ⁺¹

∞



 





= −

=

>

Φ ^E

∫

Ê ^dE ^k Êô

E_o

γ

φ γ ) (

1

1 1

2 − −

−



 −

sr s

m

E_o γ

1 PC = 1 RC durante una 1 PC = 1 RC durante una partita di calcio = 3 10

partita di calcio = 3 10⁸⁸ m

m²²·s·sr ·s·sr

1 GRAnno = 1 RC entro il 1 GRAnno = 1 RC entro il Grande Raccordo Anulare Grande Raccordo Anulare

(16)

Diverse Specie nucleari Diverse Specie nucleari

Se misurato, si può parlare dello Se misurato, si può parlare dello spettro di diverse specie atomiche spettro di diverse specie atomiche nei RC

nei RC

Le variazioni del ciclo solare hanno Le variazioni del ciclo solare hanno effetti per energie < 1 GeV

effetti per energie < 1 GeV

RC con E > 2 GeV non affetti dal RC con E > 2 GeV non affetti dal ciclo solare

ciclo solare

Flusso di RC di bassa energia (>1 Flusso di RC di bassa energia (>1 GeV):

GeV): ~ 1000 p/(m~ 1000 p/(m²²s sr).s sr).

Pensateci prima di offrirvi volontari Pensateci prima di offrirvi volontari per una missione su Marte.

per una missione su Marte.

(17)

RC Primari e Secondari RC Primari e Secondari

Sorgente Astrofisica (Resto di Supernova)

Raggio Cosmico Primario (protone, nucleo)

Sciame di particelle secondarie = RC secondari

Atmosfera Terrestre

(18)

1.3 I RC secondari 1.3 I RC secondari

Interazione dei RC coi nuclei Interazione dei RC coi nuclei dell’atmosfera

dell’atmosfera sciami di particelle sciami di particelle secondarie

secondarie RC secondari RC secondari ..

L’atmosfera funge da L’atmosfera funge da convertitoreconvertitore

La radiazione primaria può essere La radiazione primaria può essere La radiazione primaria può essere La radiazione primaria può essere direttamente studiata solo fuori direttamente studiata solo fuori dall’atmosfera terrestre (sonde) dall’atmosfera terrestre (sonde)

La radiazione al suolo può essere La radiazione al suolo può essere studiata con rivelatore di sciami studiata con rivelatore di sciami

Esperimenti Esperimenti undergroundunderground per la per la

componente penetrante (muoni e componente penetrante (muoni e neutrini)

neutrini)

(19)

Metodi di misura Metodi di misura dei raggi cosmici dei raggi cosmici

Misure dirette, E<10Misure dirette, E<10¹⁴¹⁴ ev ev

Misure indirette, E>10Misure indirette, E>10¹⁴¹⁴ ev ev

(20)

I Raggi Cosmici sulla Terra I Raggi Cosmici sulla Terra

• I RC bombardano

continuamente la Terra: circa 100000 particelle originate dai Raggi Cosmici ci attraversano ogni ora.

ogni ora.

• Questo contribuisce alla dose di radioattività ambientale a cui siamo continuamente soggetti.

(21)

…nello spazio

La situazione peggiora… La situazione peggiora…

(22)

RC secondari RC secondari

Lo spessore di atmosfera equivale a 10 m di acqua

) (

1000

) (

10000 )

(

2

0

−

∞ −

=

⋅

=

⋅

=

∫

gcm

m kg dh

h H

h

o ρ

1. Flusso sulla sommità (H=

1. Flusso sulla sommità (H=0 0 gcm--22

gcm^--22))::

10000 m10000 m^--22 ss^--11srsr^--11

p (90%), He (9%), A (1%)p (90%), He (9%), A (1%) 2. Flusso a livello del mare

2. Flusso a livello del mare (H=100

(H=1000 gcm0 gcm^--22))::

200 m200 m^--22 ss^--11srsr^--11

(23)

3. Underground:

muoni e neutrini muoni e neutrini

Il flusso decresce in modo Il flusso decresce in modo esponenziale con la

esponenziale con la profondità.

profondità.

Per h>13 km.w.e. Per h>13 km.w.e.

sopravvivono solo le sopravvivono solo le

particelle indotte da neutrini.

Nascita di esperimenti Nascita di esperimenti

underground a basso fondo underground a basso fondo

Ai LNGS il flusso è ridotto Ai LNGS il flusso è ridotto di un fattore 10

di un fattore 10⁶⁶ rispetto a rispetto a quello al livello del mare.

quello al livello del mare.

(24)

1.4 Densità numerica e di energia dei RC 1.4 Densità numerica e di energia dei RC

Il flusso di RC sulla terra:Il flusso di RC sulla terra:

Per energie E< 1 GeV sono dominanti i contributi dal sole;Per energie E< 1 GeV sono dominanti i contributi dal sole;

Per E>3·10Per E>3·10⁶⁶ GeV, vi è un cambio di pendenza nello spettro GeV, vi è un cambio di pendenza nello spettro

Possiamo calcolare il flusso di RC integrando a partire da 1 Gev Possiamo calcolare il flusso di RC integrando a partire da 1 Gev

) (

)

( = ⋅ ⁻ ⁻² ⁻¹ ⁻¹ ⁻¹

Φ E k E ^γ cm s sr GeV GeV E

k =1.8,γ = 2,7 10 < <10⁶

Possiamo calcolare il flusso di RC integrando a partire da 1 Gev Possiamo calcolare il flusso di RC integrando a partire da 1 Gev (per eliminare il contributo solare):

(per eliminare il contributo solare):

Dal flusso, è possibile ricavare la densità numerica dei RC:Dal flusso, è possibile ricavare la densità numerica dei RC:

( )

) (

1

) 1 1( 7 . 2

8 . 1 ) 1

( )

1 (

1 1 2

7 . 1 1

10 3 1 10

6 6

−

− +

−

=

− =

=

>

Φ

∫

sr s cm

k E dE

E

GeV ^GeV_x _GeV

E_o

γ γ

φ

) ) (

4 ⋅ Φ(> ⁻³

= E cm

N π ^o

(25)

Esercizio: dal

Esercizio: dal flusso flusso ^alla ^alla densità densità

E’ situazione assai frequente in fisica dover passare dalla E’ situazione assai frequente in fisica dover passare dalla grandezza misurata flusso (cm

grandezza misurata flusso (cm^--22ss^--11srsr^--11) a densità di volume (cm) a densità di volume (cm^--33)) v A

v A l

l

Numero di particelle entranti Numero di particelle entranti nell’unità di tempo:

nell’unità di tempo:

) (

2 ⋅ ² Φ ⁻² ⁻¹ ⁻¹

∆ =

sr s cm cm

A N sr

π⁽ ⁾ ⁽ ⁾ ⁽ ⁾

2 ⋅ Φ

∆ = sr A cm cm s sr

t π

Il tempo di permanenza delle particelle nel volume:Il tempo di permanenza delle particelle nel volume: ∆t = l /v

Dunque:Dunque:

v v V

l A t

A

N = ⋅Φ ⋅ ∆ = ⋅Φ⋅ ⋅ = ⋅Φ⋅ ∆

∆ ⁽²π ⁾ ²π ^/ ²π

Infine, per un flusso isotropo in cui particelle entrano anche dalla Infine, per un flusso isotropo in cui particelle entrano anche dalla faccia opposta:

faccia opposta:

Φ

⋅ Φ =

= ⋅

≡ ∆

− N

cm

n π ⁴π

2 ) ( 2 )

( ³

(26)

) (

10 10 4

3

1 ) 4

4 ( ₁₀ ₃

10

−

⋅ −

⋅ ≈

= ⋅

>

Φ

⋅

= E cm

n_CR cπ _o π

Densità numerica dei RC, stimata dalla misura del flusso:Densità numerica dei RC, stimata dalla misura del flusso:

Stima della densità di energia dei RC:Stima della densità di energia dei RC:

0 0

) 4

( kE dE

E c dE

E n E

w_CR ⁻

∞

∞ ⋅ =



 



⋅

=

⋅

=

∫ ∫

^π ^γ Esercizio: analisi

dimensionale

[ ]

² ¹³ ¹⁰ ⁰^.⁷ ⁹ ³

0 0

/ 10

) 1 2 ( 7 . 2

8 . 1 4

2 4

6 GeV cm

E c k

c

GeV GeV x

−

− +

− ≅

= −



 π γ

π γ

/ 3

1 eV cm w_CR ≅

dimensionale

Domanda: Come possiamo confrontare questo numero?Domanda: Come possiamo confrontare questo numero?

E’ “grande” o “piccolo” su scala dei fenomeni astrofisici?E’ “grande” o “piccolo” su scala dei fenomeni astrofisici?

(27)

3 3

13 2

6

2 (3 10 ) 4 10 0.2

8 1 8

1

cm eV cm

B erg

w_B = = ⋅ ⁻ = ⋅ ⁻ =

π π

Densità di energia del campo magnetico galattico (B=3Densità di energia del campo magnetico galattico (B=3××1010^--66 G)G)

( )

5 / 0.4

10 8

3 3 500 3

500 eV

K ev

fotoni kT

w ⋅ = × × × ⋅ =



= ⁻

Densità di energia della radiazione cosmica di fondo a 3 KDensità di energia della radiazione cosmica di fondo a 3 K

( )

₃

5

3 3 500 3 3 8 10 / 0.4

500 kT ev K cm

w_CMB cm ⋅ = × × × ⋅ =

 

= 

3

10 2

cm w_o = ⁻ eV

Luce delle stelle (da misure fotometriche)Luce delle stelle (da misure fotometriche)

La densità di energia che compete ai RC (1 ev/cmLa densità di energia che compete ai RC (1 ev/cm³³) è dunque ) è dunque

(28)

1.5 Isotropia dei RC 1.5 Isotropia dei RC

I RC primari hanno una distribuzione di arrivo comple I RC primari hanno una distribuzione di arrivo comple-- tamente isotropa sulla sommità della nostra atmosfera.

tamente isotropa sulla sommità della nostra atmosfera.

Qualè il motivo?

Campi magnetici Campi magnetici galatticigalattici (sez. 3):(sez. 3):

B ≅≅B B B ≅≅ 33××1033××101010^--66^--66 GGGG

coerenti su scale di distanza 1coerenti su scale di distanza 1--10 pc10 pc

NOTA: 1 pc=3NOTA: 1 pc=3××1010¹⁸¹⁸ cmcm

GalassiaGalassia≡≡ disco di raggio R=15 kpc, spessore h=200disco di raggio R=15 kpc, spessore h=200--300 pc300 pc

(29)

Raggio di curvatura di una particella Raggio di curvatura di una particella in moto in un campo magnetico

in moto in un campo magnetico

Determiniamo il raggio di curvatura Determiniamo il raggio di curvatura (denominato

(denominato raggio di Larmoorraggio di Larmoor) di una ) di una particella con carica q ed energia E in

particella con carica q ed energia E in moto in un campo magnetico

moto in un campo magnetico BB..

c B Ze v r

pv r

m v

Lorentz

⋅

=

2 =

ZeB E ZeB

r = pc ≅

) /

300 ( 1 )

( .) . . 10

8 . 4 (

) (

) / (

10 6

. 1

10 12

Gauss ZB eV

E Gauss

B s e u Z

eV E ev

r_Larmoor erg =

×

⋅

= × ⁻ ₋

unità

unità c.g.s.c.g.s.

(30)

Confinamento:

^r^Larmoor ⁼ ₃₀₀¹ _ZB^E ⁽^eV ^/ ^Gauss⁾

Utilizziamo i valori tipici del campo B (3Utilizziamo i valori tipici del campo B (3××1010^--66 G)G) galattico per galattico per protoni:

protoni:

pc cm

eV E

r 10 0.3

10 3

10 )

10 (

) 10

(

18

4 15

15 12

=

⋅

=



=





=

−

pc cm

eV E

r_L

300 10

3 . 0 10

) 10

(

) 10

(

21 18 18

15

=



=



 

=

I p hanno un raggio di Larmoor sempre minore dello spessore del I p hanno un raggio di Larmoor sempre minore dello spessore del disco galattico (300 pc) se E<10

disco galattico (300 pc) se E<10¹⁸¹⁸ eV. Per questo motivo tutti i RC eV. Per questo motivo tutti i RC (meno quelli di energia estrema) sono

(meno quelli di energia estrema) sono confinaticonfinati nel piano nel piano Galattico dal campo magnetico.

Galattico dal campo magnetico.

(31)

1.6 Potenza delle sorgenti dei RC 1.6 Potenza delle sorgenti dei RC

Il Il confinamentoconfinamento dei RC ci induce a sospettare che le sorgenti dei RC ci induce a sospettare che le sorgenti siano di origine Galattica (tranne che per i RC di energia estrema).

siano di origine Galattica (tranne che per i RC di energia estrema).

Qual è Qual è l’energetical’energetica delle sorgenti? (necessaria per individuarle).delle sorgenti? (necessaria per individuarle).

Il tempo di confinamento dei RC (Il tempo di confinamento dei RC (§§3.10) :3.10) : ττ== 33××1010⁷⁷ yy Volume della galassia (con o senza alone,

Volume della galassia (con o senza alone,§§3.1) :3.1) :

7 y 10 3× τ =

Volume della galassia (con o senza alone,Volume della galassia (con o senza alone,§§3.1) :3.1) :

3 68

3

3 66

2

10 )

10 ( 3 / 4

10 6

300 )

15 (

cm kpc

V

cm pc

kpc V

Alone G G

≅

⋅

=

×

≅

⋅

=

π π

Potenza necessaria per mantenere uno Potenza necessaria per mantenere uno stato stazionariostato stazionario di RC:di RC:

s erg s

erg s

cm V

cm erg

W w ^G

A CR

CR

41 7

7

12 68

3 3

) 10 10

15 . 3 ( 10

3

) (

10 6 . 1 10

) (

) /

( ≅

⋅

×

⋅

= ×

= ⋅ ⁻

τ

(32)

Esiste un meccanismo con una potenza tale Esiste un meccanismo con una potenza tale da sostenere il flusso dei RC nella Galassia?

da sostenere il flusso dei RC nella Galassia?

Una esplosione di Supernova libera: Una esplosione di Supernova libera:

1010⁵¹⁵¹ erg/esplosione (erg/esplosione (§§8)8)

La stima della frequenza di SN nella nostra Galassia èLa stima della frequenza di SN nella nostra Galassia è

ff_SN_SN = 1/= 1/ττ_SN_SN = 1/30 y= 1/30 y^--1¹

ττ ττ ≅≅

Si noti che Si noti che ττ_SN_SN< < ττ ≅≅1010⁷⁷yy. Le SN sono un fenomeno quasi . Le SN sono un fenomeno quasi continuo su scala dei tempi del confinamento dei RC.

continuo su scala dei tempi del confinamento dei RC.

Potenza energetica liberata dalle SN:Potenza energetica liberata dalle SN:

s s erg

W_SN erg 10 /

10 15 . 3 30

10 ₄₂

7

51 ≅

⋅

= ×

Perché il quadro sia coerente, occorre trovare un meccanismo Perché il quadro sia coerente, occorre trovare un meccanismo

che trasferisca al più il 10% di energia dalle supernovae in energia che trasferisca al più il 10% di energia dalle supernovae in energia

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Problemi sui RC trattati nel corso Problemi sui RC trattati nel corso

Rivelazione di RC primari e secondari vs. E Rivelazione di RC primari e secondari vs. E

Natura dei processi di accelerazione ed origine ad una legge Natura dei processi di accelerazione ed origine ad una legge spettrale di tipo E

spettrale di tipo E

^−−γγ

Effetto della propagazione dei RC nel mezzo interstellare Effetto della propagazione dei RC nel mezzo interstellare

Effetto della propagazione dei RC nel mezzo interstellare Effetto della propagazione dei RC nel mezzo interstellare galattico

galattico

Origine di specie chimiche peculiari nei RC (Li,Be,B) Origine di specie chimiche peculiari nei RC (Li,Be,B)

Origine e misura dei RC di energia estrema Origine e misura dei RC di energia estrema

Sorgenti astrofisiche che originano i RC di energia estrema Sorgenti astrofisiche che originano i RC di energia estrema

Misura di RC di energia > 10 Misura di RC di energia > 10

²⁰²⁰

eV. Implicazioni. eV. Implicazioni.

Individuazione delle sorgenti di RC ( Individuazione delle sorgenti di RC ( astronomia astronomia ))

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