ECCELLENZE INTERVISTE

L’esperimento AUGER. Italiani in Argentina, alla scoperta dei segreti del cosmo

Auger

L’esperimento AUGER nasce dalla collaborazione (Pierre Auger Collaboration) tra università ed istituti di ricerca di tutto il mondo. La sede fisica dell’esperimento è situata nella regione di Mendoza, più precisamente nel Dipartimento di Malargüe a circa 1500m di quota, a 1200 Km da Buenos Aires. Obiettivo della ricerca è lo studio dei raggi cosmici di altissima energia.

Per comprendere meglio di cosa si tratta ci siamo rivolti al Prof. Vincenzo Rizi del Dipartimento di Scienze Fisiche e Chimiche dell’Università Degli Studi dell’Aquila, e associato all’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, che è tra i ricercatori partecipanti al progetto. Vincenzo Rizi all’interno di AUGER ha la responsabilità di una parte della strumentazione di monitoraggio delle proprietà ottiche dell’atmosfera.

Malargüe

Tipico paesaggio preandino nel distretto di Malargüe, nella provincia di Mendoza

Che cosa si studia con l’esperimento AUGER e a cosa serve l’osservatorio di Mendoza?

L’Osservatorio AUGER di Malargüe è stato progettato per osservare i raggi cosmici di altissima energia (Ultra High Energy Cosmic Rays, UHECR). Gli UHECRs sono particelle che viaggiano nell’universo (perché prodotte “da qualche parte”) alla velocità della luce e hanno energie che sono fino a un milione di volte più grandi delle particelle generate al Large Hadron Collider del CERN. Questi raggi cosmici sono in maggioranza protoni o nuclei di Elio, mentre la restante parte consiste di nuclei pesanti (per esempio Ferro), con una piccolissima frazione di elettroni, fotoni e neutrini. Gli UHECRs non sono molto comuni: il loro flusso a casa nostra, sulla Terra, è di poche decine per km2 per secolo. Per rilevarli il trucco è cercarli su grandi superfici e volumi. In questo senso i grandi spazi vuoti del territorio argentino si sono rivelati ideali per l’istallazione dell’osservatorio.

Perché si studiano gli UHECRs?

Sebbene si sia dimostrato recentemente che la maggior parte dei UHECRs hanno origine extragalattica (e questo è già un risultato notevole), le possibili sorgenti di UHECRs, probabilmente buchi neri, supernovae, stelle di neutroni, o altri oggetti esotici presenti nell’Universo, devono essere ancora identificate e studiate. Quindi studiare gli UHECRs significa cercare informazioni anche di tipo cosmologico, cioè su come funziona l’universo, con il servizio delle speculazioni e delle elucubrazioni (anche teoriche) che noi fisici sappiamo ben fare.

Uno dei 4 edifici FD

Uno dei 4 edifici FD, ognuno dei quali contiene i 6 telescopi per l’osservazione della luce di fluorescenza indotta in atmosfera dai raggi cosmici. Si ringrazia il Prof. Rizi per la foto.

Come si eseguono le osservazioni?

Gli UHECRs che finiscono la loro vita nell’atmosfera terrestre generano un cosiddetto sciame cosmico, che viene rilevato da AUGER, anche con la luce Cherenkov che le particelle dello sciame producono in alcuni dei 1600 rilevatori a terra (SD), ognuno dei quali contiene 12.000 litri di acqua oltre ai sensori di luce e a tutta l’elettronica di misura e trasmissione dati. Gli SD di AUGER sono distribuiti su un’area di circa 3000 km2 (l’estensione della Valle d’Aosta), attorno alla quale ci sono 4 rivelatori (FD, con 6 diversi telescopi) sensibili alla luce di fluorescenza, che lo sciame cosmico genera attraversando l’atmosfera. L’uso combinato di SD e FD permette di ricostruire tutte le caratteristiche fisiche dello sciame cosmico e quindi del UHECR che lo ha originato. Grazie alle sue dimensioni e alle strategie di misura, AUGER è riuscito a osservare, negli ultimi 10 anni, oltre 30.000 UHECRs, e a ricostruire la distribuzione delle loro direzioni di arrivo, oltre ad altre proprietà fisiche come l’energia e la loro natura di particelle extragalattiche. Le misure sono fatte a cicli di circa tre settimane al mese, nel periodo in cui la luna non è piena.

Un rilevatore di superficie (SD) dell’Osservatorio AUGER

Un rilevatore di superficie (SD) dell’Osservatorio AUGER. In primo piano la tank che contiene i 12000 litri di acqua, l’antenna di comunicazione e il pannello solare per l’alimentazione dell’elettronica. Si ringrazia il Prof. Rizi per la foto.

Quali università sono coinvolte nel progetto e in che maniera l’Università degli Studi dell’Aquila è interessata?

L’esperimento AUGER è frutto della collaborazione di quasi cento tra università e istituti di ricerca. I ricercatori impegnati sono più di 500 (gli scienziati italiani sono il 15%). La forza e l’affidabilità scientifica di AUGER risiedono anche in tali numerosità. La mia università è presente con il Dipartimento di Scienze Fisiche e Chimiche e con il CETEMPS, ma partecipano anche altre istituzioni aquilane come il Gran Sasso Science Institute e i Laboratori Nazionali del Gran Sasso. L’Osservatorio Atmosferico di CETEMPS ha una responsabilità diretta di un sistema (Raman lidar) dedicato ai monitoraggi atmosferici. Ciò poiché AUGER utilizza l’atmosfera terrestre come un gigantesco rilevatore di particelle, che quindi richiede essere caratterizzato dal punto di vista della composizione, e della struttura fisica. Nell’ambito di AUGER ci sono delle collaborazioni dirette italo-argentine; per esempio, dall’Aquila ci sono stati ricercatori che hanno collaborato con il CEILAP di Buenos Aires, con il CONICET di Rosario e con il Centro Atómico di Bariloche.

Raman lidar

Il container nella foto si trova al centro dell’Osservatorio AUGER e ospita una serie di strumenti, tra cui il Raman lidar, utili al monitoraggio delle proprietà fisiche dell’atmosfera. Si ringrazia il Prof. Rizi per la foto.

Quali sono i risultati finora raggiunti?

In un articolo che compare sulla rivista Science si riporta l’evidenza sperimentale che i raggi cosmici di altissima energia sono di origine extragalattica, cioè provengono da regioni dell’universo esterne alla nostra galassia. Il risultato è rilevante perché la provenienza di queste particelle le rende i messaggeri privilegiati di informazioni fisiche dalle regioni più remote dell’universo. Naturalmente, gli avanzamenti tecnologici permetteranno di sviluppare sensori ed esperimenti con maggiore sensibilità e precisione, che ci consentiranno di capire di più. Inoltre, si deve rilevare, che in tempi recenti, come conseguenza delle prime osservazioni delle onde gravitazionali, si sta sviluppando un nuovo approccio scientifico allo studio dell’universo. In una sola parola multi-messenger, cioè osservare con le più svariate tecniche di misura gli stessi fenomeni cosmologici. L’elaborazione dei dati raccolti si fa poi, a posteriori, raccordando i risultati di tante collaborazioni scientifiche. I risultati sono incoraggianti: la pubblicazione scientifica Multi-messenger Observations of a Binary Neutron Star Merger, sulla rivista scientifica The Astrophysical Journal Letters, che riporta l’osservazione da parte di diverse decine di esperimenti (astronomici, astrofisici e astroparticellari, tra cui AUGER) del collasso di una stella di neutroni binaria (che irradiano tra le altre cose anche onde gravitazionali) è un esempio di questa nuova scienza. L’articolo ha coinvolto più di 1000 tra Università e Istituti di ricerca: il numero di co-autori è maggiore a 3000.

Vincenzo Rizi

Vincenzo Rizi al centro dell’Osservatorio AUGER durante una missione, nel novembre 2017, per la manutenzione di alcuni apparati sperimentali. Professore Associato di Fisica Sperimentale delle Interazioni Fondamentali presso il Dipartimento di Scienze Fisiche e Chimiche dell’Università Degli Studi dell’Aquila, e Vice Direttore del Centro di Eccellenza CETEMPS. Autore e/o co-autore di circa 150 articoli scientifici pubblicati su riviste peer-reviewed internazionali. Si ringrazia il professore per la foto.

Una domanda più leggera. Come ha trovato l’Argentina nei suoi viaggi?

L’Argentina è fantastica. I miei primi viaggi verso l’Osservatorio AUGER (allora in fase di costruzione) risalgono al 2002. Ricordo che c’erano le proteste dei “cacerolazos” per la crisi economica. Da allora, ho fatto circa 2 viaggi ogni anno (L’Aquila-Roma-Buenos Aires-Mendoza-San Rafael-Malargüe e ritorno), ed ho sempre apprezzato la forte sintonia tra italiani e argentini, sintonia in ogni ambito, dal cibo, alla cultura, all’attitudine verso la vita. E poi la natura, gli spazi nella pampa di Malargüe, per esempio, e le vicine Ande offrono scenari che influenzano direttamente l’animo delle persone. Continuerò a tornare… dagli Appennini alle Ande!

Nel salutarlo e ringraziarlo per il prezioso tempo dedicatoci, il Prof. Rizi ci ha lasciato un’esortazione rivolta alle nuove generazioni di studenti, con la quale scegliamo di chiudere l’articolo.

Il mondo ha bisogno di entusiasti ed appassionati che con rigore affrontino queste nuove frontiere della Fisica.

Dante Aloisi

Autore: Dante Aloisi

Di sangue abruzzese e spirito apolide, ho lasciato la mia terra ed il mio amato Castel del Monte per trasferirmi a Buenos Aires. Studente dI fisica, lavoratore da sempre precario, per 7 anni consigliere comunale. Poeta per presunzione, articolista per diletto, narratore per tentativo, ho avuto pubblicata una raccolta di poesie ed un buon numero di articoli; per un romanzo ci stiamo attrezzando. Curioso “a modo mio”, m’innamoro di tutto. Appassionato di letteratura e filosofia, fagocitatore di libri e di buona musica, in cerca di film e serie che non intrattengano soltanto. Bisognoso di natura, esisto con le radici in montagna e la testa tra le nuvole.

L’esperimento AUGER. Italiani in Argentina, alla scoperta dei segreti del cosmo ultima modifica: 2018-05-21T08:29:15+00:00 da Dante Aloisi

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