31632 - ASTROFISICA DELLE PARTICELLE

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2017/2018

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente conosce gli aspetti sperimentali e teorici circa la natura, origine e propagazione dei Raggi Cosmici carichi e dei neutrini. In particolare, lo studente approfondisce le connessioni tra Astrofisica e Fisica delle Particelle.

Programma/Contenuti

1. Cenni storici. Raggi Cosmici (RC) primari e secondari. Breve storia della fisica dei RC. Lo spettro energetico dei RC primari. I RC secondari.  Densità numerica e di energia dei RC. Confinamento nella Galassia.  Potenza energetica delle sorgenti di RC.

2. Richiami sui meccanismi di perdita di energia ed esperimenti per misure dirette di RC. Perdita di energia per eccitazione-ionizzazione. Interazioni di elettroni. Interazioni di fotoni. Sezione d'urto e libero cammino medio. Frammentazione di nuclei. Identificazione di particelle. Le misure di RC con satelliti: PAMELA,AMS e BESS

3. Modello di confinamento dei RC.  La Galassia, il gas intergalattico e il campo magnetico Galattico. Origine degli elementi leggeri (Li, Be, B) nei RC per spallazione di C,N,O . Modello di propagazione dei RC nella galassia: il leaky box. Variazione della composizione dei RC con l'energia. Spettro di energia alle sorgenti. L'orologio dei RC e tempo di confinamento dei RC nella Galassia.

4. Modello di accelerazione di RC da parte di Supernovae Galattiche. Accelerazione dei RC sino a E<100 TeV da parte di onde di shock dovute a collassi gravitazionali stellari. Ipotesi di oggetti galattici (pulsar) come sorgenti di RC con E>100 TeV. Raggi gamma dal piano galattico. Generalità sui meccanismi di accelerazione. Il meccanismo di Fermi. Parametri caratteristici di una onda di schock da Supernova. Massima Energia dei RC dal modello

5. Raggi cosmici di alta energia e misura tramite rivelatori di sciami estesi: Produzione di Sciami in Atmosfera. Rivelatori di Sciami estesi attorno 100 TeV . Le misure del flusso per 100<E<10^6 TeV. Un modello di accelerazione: la pulsar. Tecniche di rivelazione e spettro Energetico dei RC alle energie estreme, E>10^6 TeV. Alcuni esperimenti per E>10^18 eV: HiRes, AGASA , AUGER . Cutoff GZK: energia di soglia e orizzonte. Possibili sorgenti extragalattiche candidate.

6. Astronomia con raggi gamma. Il cielo visto dai satelliti EGRET, FERMI-LAT: Il fondo diffuso di raggi gamma. Noto ed ignoto nel cielo Gamma. I Gamma Ray Bursts. Osservazioni sperimentali di acceleratori astrofisici nella Galassia: astronomia gamma con telescopi Cherenkov. Gamma dal piano galattico come indizio delle sorgenti di RC

7. I neutrini atmosferici e la loro rivelazione. La teoria delle oscillazioni di neutrini. I principali esperimenti sperimentali (SuperKamiokande e MACRO); modelli teorici e discussione dei risultati in termini di oscillazione dei neutrini. gli esperimenti per la misura delle oscillazioni in tre flavors

8. Misura dei neutrini provenienti dal sole (esperimenti diretti ed indiretti: Gallex, SuperKamiokande, SNO) e confronto col Modello Solare Standard.

9. Neutrini da Collassi Gravitazionali nella Galassia .Teoria del collasso gravitazionale in termini di emissione di neutrini.  La supernova SN1987A. Esperimenti per la rivelazione di neutrini da SN.

10. L'astronomia a neutrini L'esigenza di astronomia con neutrini. Sorgenti astrofisiche di neutrini. Un esempio numerico: una sorgente galattica (stella di neutroni con disco di accrescimento). Limiti sui flussi diffusi di neutrini astrofisici. Telescopi di neutrini: ICECUBE, ANTARES. Il progetto per un rivelatore da 1 km3 nel mediterraneo.

11. Ricerche di materia oscura. Cosa sono i WIMPSs. Ricerche dirette di materia oscura. Modulazione annuale del flusso di WIMPs. Regione permessa/esclusa. Alcuni esperimenti di rivelazione diretta. Tecniche indirette per la rivelazione di materia oscura. Misure con elettroni, gamma e neutrini.

 

Testi/Bibliografia

Maurizio Spurio:  PARTICLES AND ASTROPHYSICS - Springer  ISBN 978-3-319-08050-5

http://www.springer.com/astronomy/astrophysics+and+astroparticles/book/978-3-319-08050-5

LONGAIR, M.S.: High Energy Astrophysics.

Cambridge University Press (2 Vol) - 1993

T. STANEV: High Energy Cosmic rays. Springer.

BAHCALL, J.N. : Neutrino Astrophysics
Cambridge University Press, 1988.

Metodi didattici

Lezioni frontali con l'ausilio di PC e videoproiettore.  

Modalità di verifica dell'apprendimento

Esame Orale.

Strumenti a supporto della didattica

Libro di testo con approfondimenti appositamente scritto Avvertenza: il corso è principalmente rivolto a studenti della LM in Fisica- Indirizzo Nucleare e Subnucleare- e a studenti della LM in Astrofisica. Per questi ultimi è fortemente consigliato aver frequentato il corso di "Fisica Nucleare e Subnucleare" durante il terzo anno della laurea in Astronomia. Per studenti di altri indirizzi della LM, o per studenti di Astrofisica che non abbiano conoscenze di Fisica Nucleare e Subnucleare è necessario come pre-requisito lo studio autonomo dei Capitoli da 1 a 5 del libro "Particelle e Interazioni fondamentali" (Braibant/Giacomelli/Spurio- Springer)

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Maurizio Spurio