“La Scienza nelle Scuole” EEE Extreme Energy Events.

Extreme Energy Events
Progetto “La Scienza nelle Scuole”
EEE Extreme Energy Events
Marco Selvi – Università di Bologna & INFN
Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005
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Obiettivo
Portare la Scienza
nel cuore dei giovani
tramite il loro coinvolgimento diretto in un
esperimento di Fisica che studia le
frontiere della conoscenza attuale:
i raggi cosmici di altissima energia.
Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005
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Progetto EEE: “La scienza nelle scuole”
In ogni scuola: un telescopio per raggi cosmici
m
GPS
Progetto “La Scienza nelle scuole” EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005
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La presentazione del progetto
CERN: 3 maggio 2004
Il professor Antonino Zichichi, ideatore del progetto EEE, assieme
al ministro dell’Istruzione, Università e Ricerca Letizia Moratti e al
direttore del CERN R. Aymar, durante la visita ai laboratori del
CERN di Ginevra, per la presentazione del progetto EEE
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Lo schema del progetto
Per la realizzazione del Progetto EEE si prevede il seguente schema di attività.
1) I materiali, le attrezzature e le strumentazioni necessari alla costruzione e alla
successiva messa in funzione del telescopio saranno acquistati e forniti dal CERN e dalle
Sezioni INFN o eventualmente dai Dipartimenti di Fisica coinvolti nel Progetto. Saranno
trasportati e raggruppati presso tali Strutture di Ricerca.
2) Nella fase iniziale, gli alunni della Scuole in cui saranno montati i telescopi EEE si
recheranno presso le Strutture di Ricerca più vicine (situate nella loro stessa città o
nella città più vicina) per partecipare direttamente alla costruzione dei rivelatori MRPC
che costituiscono i telescopi. Gli alunni avranno così la possibilità di partecipare a veri e
propri stage di training tecnico-scientifico, a diretto contatto con il mondo della
Ricerca.
3) In parallelo, il personale scientifico e tecnico delle Strutture di Ricerca predisporrà
presso le Scuole, con la collaborazione degli alunni delle Scuole, tutte le strumentazioni
e attrezzature necessarie per l’installazione dei telescopi EEE.
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Lo schema del progetto
4) I rivelatori MRPC costruiti nelle Strutture di Ricerca verranno poi trasportati nelle
Scuole, dove si procederà alla fase di montaggio e messa in funzione dei telescopi EEE.
Tale fase sarà di nuovo espletata grazie all’intervento del personale scientifico e
tecnico delle Strutture di Ricerca in collaborazione con gli alunni delle Scuole.
5) In fase di funzionamento, quando i telescopi EEE saranno in grado di acquisire dati
scientifici, sarà compito degli alunni delle Scuole garantire l’operatività costante dei
telescopi, ed eseguire una serie di regolari controlli e misure. Il personale delle
Strutture di Ricerca garantirà un’assistenza e una vigilanza costante dei telescopi
presso le Scuole.
6) A regime, gli alunni delle Scuole dotate di telescopi EEE saranno resi partecipi
dell’analisi dei dati raccolti e dei risultati ottenuti. Saranno anche coinvolti in un’azione
più vasta e generale di promozione della Cultura Scientifica. Ciò potrà avvenire tramite
strumenti multimediali e tramite ulteriori stage presso le Strutture di Ricerca e presso
la Fondazione e Centro di Cultura Scientifica “Ettore Majorana” (FCCSEM) di Erice.
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Lo stato del progetto
Il progetto ha avuto inizio nel 2005 con la partecipazione di un primo
gruppo di Scuole Secondarie Superiori che vanno dall’estremo Nord al
limite Sud della nostra penisola.
La costruzione dei telescopi è stata effettuata da rappresentanti delle
scuole (studenti ed insegnanti) supportati da personale di:
• Centro Fermi,
• Sezioni INFN (Bologna, Cagliari, Catania , LNF, LNGS, Lecce e Torino)
Le sette scuole “pilota” si trovano nelle città di:
• Bologna, Cagliari, Catania, Grottaferrata (Roma), L’Aquila, Lecce e Torino.
Il periodo iniziale sarà seguito dalla estensione del progetto in modo da
permettere a tutte le Scuole interessate di partecipare a questa impresa di
diffusione della Cultura Scientifica attraverso la realizzazione di un
esperimento di grande attualità.
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Distribuzione sul
territorio nazionale
delle sette scuole
“pilota” nelle quali
verranno installati i
primi telescopi.
• Bologna
• Cagliari
• Catania
• Grottaferrata (Roma)
• L’Aquila
• Lecce
•Torino
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Distribuzione sul
territorio nazionale delle
scuole interessate al
progetto.
ALESSANDRIA
ASTI
MANTOVA
MESSINA
BOLOGNA
MILANO
CAGLIARI
CARPI (Modena)
CATANIA
FRASCATI (Roma)
GALLIPOLI (Lecce)
PARMA
PERUGIA
PESCARA
PIACENZA
GENOVA
PISA
L’AQUILA
SALEMI (Trapani)
GROTTAFERRATA (Roma) REGGIO EMILIA
ROMA
LANCIANO (Chieti)
SALERNO
LA SPEZIA
SAVONA
LECCE
LUGO (Ravenna)
TORINO
TRAPANI
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I raggi cosmici
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I Raggi Cosmici
I raggi cosmici sono stati
scoperti da Victor Franz Hess
(1883-1964) nel 1912, il quale si
accorse che un elettroscopio si
scaricava più rapidamente se
portato in altitudine tramite un
pallone aerostatico, piuttosto
che al livello del mare.
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I Raggi Cosmici
Carl David Anderson (1905-1991) e la
camera a nebbia (immersa in un campo
magnetico) con la quale nel 1932,
osservò la traccia lasciata da“qualcosa
carico positivamente, e con la stessa
massa di un elettrone" .
Egli aveva cioè osservato per
la prima volta un’antiparticella,
l’elettrone positivo o positrone.
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I Raggi Cosmici
I raggi cosmici presentano attualmente,
a quasi cento anni dalla loro scoperta,
degli aspetti che non sono
completamente conosciuti:
•la loro composizione,
•il meccanismo di accelerazione,
• la forma dello spettro alle energie più
elevate (> 1019 eV)
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Sciami estesi
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Densità di muoni al suolo per m2
Distribuzione laterale dei m
R
R = distanza del muone dal centro dello sciame (Km)
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15
km
Simulazione al
calcolatore di
uno
sciame
cosmico
generato
in
atmosfera (a 15
Km di quota) da
un
protone
cosmico avente
un’energia
di
17
10
elettronvolt.
Al
suolo
arrivano
1
milione di muoni
(puntini rossi)
che
si
distribuiscono
su un’area di
almeno 2 km di
raggio.
Nell’esempio, i
muoni ricoprono
il
centro
storico
della
città
di
Bologna.
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km 2005
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Il rivelatore
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Rivelatore MRPC
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Rivelatore MRPC
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Rivelatore MRPC
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Rivelatore MRPC
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Costruzione dei rivelatori
Due studentesse di
scuola superiore
impegnate, nel giugno
2005, presso i
laboratori del CERN
di Ginevra, nella
costruzione di un
piano MRPC del
telescopio.
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Risoluzione temporale MRPC
Risoluzione temporale
migliore di 100 ps !!
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GPS
Il Sistema di Posizionamento Globale (GPS) è un sistema di navigazione adatto a fornire in
tempo reale le coordinate geografiche (latitudine, longitudine e altitudine) del ricevitore
di un utente. Dalla sequenza temporale di tali misure, il GPS può dare anche informazioni
sulla velocità e sul percorso del ricevitore.
Infine, se l’utente rimane fermo in una determinata posizione, il GPS può ottenere
informazioni molto precise sulla sincronizzazione della scala temporale del ricevitore
(tempo locale) rispetto all’UTC (Universal Coordinated Time, ossia Tempo Coordinato
Universale) che oggi è il sistema di riferimento per la misura del tempo accettato in tutto
il mondo.
La sincronizzazione fra i
segnali rivelati nei diversi
telescopi sarà effettuata
tramite il GPS
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Il telescopio
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Il telescopio
m
100 cm
100 cm
160 cm
82 cm
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Costruzione del telescopio
Telescopio completato, trasportato e messo in acquisizione dati presso i LNF
Scintillatore #1
#15
#13
#19
Scintillatore #2
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La traccia del muone è
ricostruita se attraversa
tutti i tre piani di MRPC
d
m
Rate di muoni (s -1)
Numero di muoni in ogni telescopio
Modificando la distanza fra i
piani cambia l’accettanza del
rivelatore e quindi anche il
numero di muoni rivelati.
d = distanza verticale fra i piani (cm)
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Risoluzione angolare
Considerando le dimensioni delle strip di lettura del segnale
(34 mm di larghezza x 10 mm di risoluzione longitudinale), si può valutare la
risoluzione angolare nel riconoscimento della direzione dei muoni.
q
f
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Molti telescopi
in una stessa città
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... per esempio a Bologna
1 km
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... Bologna
Supponiamo di installare un telescopio in ognuna delle 24 scuole superiori della città
di Bologna.
La distanza media fra le scuole
è dell’ordine di 200-300 metri.
Con tale configurazione si possono
studiare sciami di particelle indotti
da raggi cosmici primari di
energia ancora più elevata:
1017  1019 eV.
Oltre 1018 eV
Il numero atteso di eventi
è circa 1100 all’anno,
se si richiede che almeno 4
telescopi siano colpiti.
circa 120 y
1017 eV
-1
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1019 eV
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Conclusioni
• Il progetto EEE nasce con lo scopo di portare la Scienza nel
cuore dei giovani, coinvolgendoli direttamente in un esperimento
scientifico su un campo della fisica attualmente di “frontiera”:
lo studio dei raggi cosmici.
• I raggi cosmici hanno aperto le porte della fisica subnucleare.
Presentano attualmente aspetti non noti, quali la loro
composizione, il meccanismo di accelerazione, la forma dello
spettro alle energie più elevate (> 1019 eV).
Inoltre ci sono forti segnali di correlazione fra i raggi cosmici e
la vita sulla Terra: clima, mutazioni genetiche, …
• I ragazzi delle scuole sono e saranno coinvolti in:
–
–
–
–
Costruzione dei telescopi
Analisi dei dati
Relazione della attività svolta
Presentazione dei risultati.
http://www.centrofermi.it/eee/
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