Raggi cosmici

I raggi cosmici non sono raggi. Iniziamo dicendo questo.
Si tratta di particelle che bombardano il nostro pianeta ogni secondo. Per particelle intendiamo pezzi di atomi, ovvero protoni, elettroni ma anche nuclei atomici i cui elettroni sono stati scippati via durante il percorso dei raggi cosmici ad alta velocità (prossima alla velocità della luce).
Due domande: perché si chiamano raggi se sono particelle e da dove provengono.
Cominciamo dalla prima.
I raggi cosmici furono scoperti intorno al 1910 e a quell’epoca le cose in fisica erano molto diverse da come le conosciamo oggi. Niente meccanica quantistica, ad esempio. E l’unica particella conosciuta a quei tempi era l’elettrone (il protone fu scoperto nel 1920). In particolare era stato notato che alcuni dispositivi elettrici avevano un comportamento inaspettato e ciò fu imputato ad una qualche tipo di radiazione. Se si ponevano degli schermi sui dispositivi usati per gli esperimenti si misuravano sempre gli stessi effetti e quindi fu dedotto che si trattava di una radiazione estremamente potente e penetrante. In particolare, Victor Hess, austriaco, e Domenico Pacini, italiano, studiarono indipendentemente l’origine dei raggi cosmici e (Hess grazie ad un pallone aerostatico, Pacini grazie a degli studi effettuati sott’acqua) poterono escludere l’origine terrestre dei raggi cosmici.
Per questi lavori Hess vinse il premio Nobel per la fisica nel 1936. Pacini purtroppo era passato a miglior vita e quindi non potette essere candidato per l’ambito premio.
Comunque successivamente i fisici capirono che si trattava di particelle cariche. Come hanno fatto a capirlo? Dalla loro direzione di provenienza. Infatti, pur non essendo di origine terrestre, i raggi cosmici una volta arrivati dalle nostre parti sulla Terra subiscono l’influenza del nostro campo magnetico, il quale agisce solo su particelle cariche determinandone il movimento.
Bene, questa era una mini introduzione.
Ora andiamo alla seconda domanda, la quale è anche la questione centrale di questo post. Da dove provengono i raggi cosmici? Il fisico italiano (premio Nobel nel 1938) Enrico Fermi ipotizzò, intorno agli anni ’40 del secolo scorso che i raggi cosmici fossero particelle provenienti da i resti delle supernovae; o meglio queste particelle raggiungono queste velocità pazzesche perché accelerati nelle esplosioni dovute a supernovae.
Il satellite della NASA Fermi (in onore del fisico italiano) ha trovato conferma a questa ipotesi il 15 febbraio 2013 (circa due settimane prima l’apertura di questo blog, quindi mi sembrava giusto parlarne comunque). Cosa ha trovato il satellite? Il satellite Fermi si occupa dell’osservazione dei raggi gamma, fotoni parecchio energetici, che provengono dallo spazio. Osservando alcune supernovae nella nostra galassia il satellite è riuscito a misurare raggi gamma provenienti proprio dalla appena citate supernovae e da questa analisi i fisici hanno capito che quello che misuravano era il risultato di collisioni tra protoni nelle supernovae osservate dal satellite (per maggiori informazioni leggi qui il comunicato ufficiale della scoperta in italiano).
E quindi sembra essere confermata l’idea avuta da Enrico Fermi più di settanta anni fa.
L’uso dei raggi gamma è fondamentale per scoprire l’origine dei raggi cosmici. Infatti, come abbiamo detto, i raggi cosmici seguono traiettorie modificate a causa dei campi magnetici e quindi è impossibile risalire alla traiettoria originaria. I raggi gamma invece sono molto energetici e poi sono fotoni e quindi viaggiano tranquillamente arrivando sino al rivelatore del satellite. Così, anche se in maniera indiretta, si può risalire in qualche modo all’origine dei raggi cosmici.

Per finire: cosa accade ai raggi cosmici quando colpiscono la Terra? Entrano in contatto con l’atmosfera e producono una serie di reazioni che generano altre particelle, una specie di reazione a cascata. Questi raggi cosmici secondari prodotti da queste reazioni successive vengono osservati in vari laboratori sulla Terra.

Il guaio è nello spazio, però. Infatti, senza l’effetto schermante dell’atmosfera, astronauti e satelliti sono esposti al tiro al bersaglio dei raggi cosmici primari. Quindi bisogna stare attenti perché si tratta di particelle molto energetiche che possono rappresentare un pericolo per la salute degli astronauti. I satelliti invece non rischiano la salute ma potrebbero esserci dei danni nella strumentazione e ciò potrebbe compromettere l’efficienza delle misurazioni.
Ed eccoci alla fine del post. Con la scusa di parlare delle recenti scoperte sui raggi cosmici abbiamo voluto ricordare non solo Enrico Fermi che aveva proposto l’idea che sembra oggi spiegare l’origine dei raggi cosmici ma anche Domenico Pacini che con i suoi studi ha certamente permesso a Fermi di elaborare la sua teoria su queste particelle cosmiche.

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