Archivi tag: raggi cosmici

IceCube ‘vede’ il neutrino più energetico mai rivelato

Nel 2013, l’esperimento per neutrini IceCube, situato al Polo Sud, ha osservato due eventi di alta energia che i fisici hanno battezzato Bert ed Ernie, dai nomi dei personaggi di Sesame Street. Successivamente, è stato identificato ancora un altro evento. Ma pare, però, che ce ne sia un quarto che faccia parte della squadra dei neutrini “super energetici”. Oggi, gli scienziati hanno riportato un evento di energia ancora più elevata, uno di quelli che offre ai ricercatori la strada migliore per utilizzare i neutrini super energetici allo scopo di identificare la/le sorgente/i di raggi cosmici ultra-energetici (post). L’evento è stato registrato con una energia pari a più di 2000 trilioni di eV e si tratta di un neutrino muonico.

Symmetry Magazine: IceCube sees highest-energy neutrino ever found

arXiv: Determining neutrino oscillation parameters from atmospheric muon neutrino disappearance with three years of IceCube DeepCore data

arXiv: Evidence for High-Energy Extraterrestrial Neutrinos at the IceCube Detector

arXiv: Probing the origin of cosmic-rays with extremely high energy neutrinos using the IceCube Observatory

arXiv: Pinpointing Extragalactic Neutrino Sources in Light of Recent IceCube Observations

arXiv: The highest energy neutrinos: first evidence for cosmic origin

Tachioni ‘travestiti’ da neutrini?

In un articolo apparso su Astroparticle Physics, il fisico Robert Ehrlich della George Mason University ora in pensione, ipotizza che il neutrino sia molto probabilmente un tachione, cioè una ipotetica particella che si muoverebbe con una velocità superluminale. Nel passato, ci sono state altre proposte in tal senso, l’ultima risale al 2011 quando l’esperimento OPERA misurò la velocità dei neutrini sostenendo che si erano propagati con una velocità leggermente superiore a quella della luce. Tuttavia, quando furono controllati i dati, si trovò che nel risultato originale c’era un errore.

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Messaggeri dell’Universo ‘invisibile’

Abbiamo detto varie volte che la materia ordinaria rappresenta quasi il 5% dell’Universo, tutto il resto è qualcosa di invisibile a cui gli scienziati hanno dato il nome di materia scura ed energia scura. Oggi, un gruppo di ricercatori che lavoreranno ad un nuovo esperimento che sarà condotto presso il Thomas Jefferson National Accelerator Facility in Virginia sperano di far luce su alcuni misteri della fisica ancora irrisolti.

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Planck avvalora il modello cosmologico standard

In questi giorni, i cosmologi sono riuniti a Palazzo Costabili, nella città di Ferrara, per discutere gli ultimi risultati ottenuti dal satellite Planck sulla temperatura e la polarizzazione della radiazione cosmica di fondo (post). Il risultato principale è una nuova mappa a tutto cielo che mostra lo stato fisico dell’Universo infante appena 380 mila anni dopo il Big Bang e i cui dati saranno pubblicati sulla rivista Astronomy & Astrophysics non prima del 22 Dicembre 2014.

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PandaX-1, i primi risultati delle ricerche sulla materia scura

Il gruppo di 40 fisici che collaborano all’esperimento Particle and Astrophysical Xenon Detector (PandaX) guidati dalla Shanghai Jiao Tong University e che ha lo scopo di dare la caccia alla materia scura in un laboratorio sotterraneo situato nella parte sud-ovest della Cina, hanno pubblicato sulla rivista Science China Physics, Mechanics & Astronomy i risultati delle prime fasi dell’esperimentoPandaX è il primo esperimento sulla materia scura che viene realizzato in Cina e che utilizza un rivelatore contenente più di cento chili di xeno. Il progetto è stato studiato per monitorare le eventuali collisioni tra i nucleoni dell’atomo di xeno e le cosiddette Weakly Interactive Massive Particles (WIMPs) che sono le principali indiziate per la materia scura. Continua a leggere PandaX-1, i primi risultati delle ricerche sulla materia scura

Roma International Conference on Astro-Particle physics 2014

RICAP 2014, che sta per Roma International Conference on Astro-Particle physics, è la quinta edizione che per la prima volta si svolgerà a Noto, la mia città natale. La conferenza, che è stata organizzata nelle edizioni precedenti dalle tre università pubbliche romane (Università “Roma Tre”, Università “La Sapienza” e l’Università “Tor Vergata”), sarà quest’anno guidata dai fisici dei Laboratori Nazionali del Sud (INFN, Catania) e avrà come sede la ben nota città barocca. La scelta è stata dettata soprattutto dalla presenza a pochi chilometri di un esperimento sottomarino, detto “chilometro cubo (KM3NeT) attualmente in costruzione negli abissi al largo di Portopalo di Capo Passero, a 3500 metri di profondità, il cui obiettivo sarà lo studio dei neutrini di origine cosmica. Continua a leggere Roma International Conference on Astro-Particle physics 2014

AMS-02, nuovi indizi sulla materia scura

Uno degli scopi principali dell’esperimento Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02), che si trova nello spazio a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, è quello di studiare i raggi cosmici misurandone con una precisione elevata la loro composizione e il flusso. Una piccola frazione di queste particelle super energetiche può originarsi a seguito delle collisioni tra le “particelle candidate” di materia scura che permea la nostra galassia. Oggi, nuovi dati raccolti dal rivelatore AMS suggeriscono che l’identificazione di un segnale positivo legato alla presenza di materia scura sia veramente alla portata dei fisici. Ricordiamo che la materia scura è quella misteriosa componente che costituisce circa un quarto del contenuto materia-energia dell’Universo. Continua a leggere AMS-02, nuovi indizi sulla materia scura

Gli astronomi individuano un ‘punto caldo’ cosmico

Esistono varie ipotesi in base alle quali si ritiene che i raggi cosmici super energetici siano generati dai nuclei galattici attivi in cui la materia viene risucchiata da un buco nero supermassiccio che risiede nel nucleo galattico mentre altro materiale viene espulso a velocità relativistiche sotto forma di due getti che emergono dalle regioni nucleari della galassia. Un’altra possibilità è che i raggi cosmici ultra energetici siano prodotti in seguito alle esplosioni stellari che danno luogo a raggi gamma. Per quanto invece riguarda i raggi cosmici di più bassa energia è noto che essi provengono tipicamente dal Sole, dalle stelle e dalle supernovae, ma la sorgente dei raggi cosmici di più alta energia rimane ancora un mistero. Continua a leggere Gli astronomi individuano un ‘punto caldo’ cosmico

AMS-02, i primi risultati suggeriscono l’esistenza di un ‘oceano’ di materia scura

Il grafico illustra l’eccesso di positroni in funzione dell’energia delle particelle. I dati sono abbastanza bene descritti, anche se non confermati, dal modello che spiega la materia scura costituita dalle particelle WIMPs.
Credit: CERN

Il 29 Aprile 2011 è stata l’ultima missione dello Space Shuttle Endeavour (STS-134), la penultima del programma STS, che ha portato a bordo l’Alpha Magnetic Spectrometer (AMS), un rivelatore di particelle costruito appositamente per operare nello spazio agganciato alla Stazione Spaziale Internazionale (ISS). AMS è stato concepito per fornire le risposte ad alcune questioni fondamentali della fisica delle particelle ed in particolare allo studio dell’antimateria, della materia scura, dell’energia scura e dei raggi cosmici.

Dopo quasi due anni di osservazioni, i primi risultati, sebbene preliminari, suggeriscono che le ‘impronte digitali cosmiche’ le cui tracce sono presenti nei raggi cosmici sono il frutto dell’esistenza di materia scura, quella enigmatica e misteriosa componente di materia invisibile che caratterizza quasi il 27% del contenuto materia-energia dell’Universo (post). Naturalmente, il caso non è chiuso dato che queste prime evidenze potrebbero essere associate ad altre sorgenti di radiazione come, ad esempio, le pulsar. Il Premio Nobel Samuel Ting, che è responsabile del programma scientifico, è convinto che nei prossimi mesi avremo qualche dato più certo e che al momento non è ancora possibile risolvere questo ‘puzzle’ astrofisico. Ciò che risulta chiaro è il fatto che c’è qualcosa, in altre parole esiste un segnale evidente ma non sappiamo di che cosa si tratti. Il mistero della materia scura risale agli anni ’30 quando Fritz Zwicky ottenne le prime evidenze relative all’esistenza di un eccesso di materia invisibile negli ammassi di galassie. Da lì in poi fino ad arrivare ai più recenti esperimenti, sia con gli acceleratori di particelle che con speciali rivelatori sotterranei, non è mai stato ottenuto un risultato significativo che ci permetta di svelare il segreto della materia scura. Oggi, però, c’è un modo diverso di guardare alle rare collisioni delle particelle che avvengono nello spazio. Infatti, nel momento in cui due particelle di materia scura interagiscono e annichilano, ci si aspetta che esse lascino una sorta di “impronta” costituita da positroni, cioè le antiparticelle degli elettroni, ad elevate energie. E’ ciò che stanno cercando Ting ed il suo gruppo di ricercatori. La notizia è che sono state trovate alcune tracce interessanti ma potrebbero essere associate alle pulsar. Per capire allora a quale sorgente esse siano correlate occorrerà analizzare il grafico che riguarda il segnale emesso dai positroni: se la curva assume un determinato andamento potrebbe essere consistente con l’ipotesi delle WIMPs, che sono le particelle candidate per costituire la materia scura, altrimenti bisogna ricorrere alle pulsar. Dunque, questo comportamento potrebbe rappresentare per gli scienziati la discriminante. Infatti, una delle proprietà delle particelle WIMPs è che quando esse collidono si ha la produzione di una certa quantità di energia e la formazione di particelle subatomiche, secondo l’equazione di Einstein che esprime l’equivalenza tra la massa e l’energia (E = mc2). Questo processo è simile a quello che avviene quando un elettrone e un positrone collidono liberando una certa quantità di energia. Nel caso delle particelle WIMPs uno dei risultati del processo di autoannichilazione è proprio la creazione di elettroni e positroni. AMS-02 è stato concepito per rivelare queste particelle. I dati che sono stati raccolti dal rivelatore durante i primi 18 mesi di osservazioni si riferiscono a circa 25 miliardi di eventi rari che sono collegati ai raggi cosmici di cui circa 7 milioni sono nella forma di elettroni e positroni. Analizzando questi dati preliminari è stato trovato qualcosa di interessante: un eccesso di positroni rispetto a quanto ci si aspetta dal segnale di fondo dovuto alle sorgenti di radiazione ordinaria, già osservato da altri esperimenti ma ora misurato da AMS-02 con una precisione migliore. Tutto questo è consistente con quanto previsto nel caso in cui le particelle di materia scura siano di tipo WIMPs. Fantastico, anche se non possiamo concludere ancora nulla. Di fatto, ci potrebbero essere altre sorgenti, appunto come le pulsar, che si originano quando stelle massicce esplodono formando le stelle di neutroni in rapida rotazione. Questo processo dà luogo alla creazione di particelle di alta energia il cui segnale può assomigliare a quello dovuto alle WIMPs. Per completezza di informazione segnaliamo che c’è chi ritiene che questi risultati preliminari siano incorretti e fuorvianti (post). Comunque sia, staremo a vedere cosa accadrà nei prossimi mesi. AMS-02 continuerà ad osservare i raggi cosmici, dove si celano le tracce di questi segnali, fino al 2020. Insomma, si tratta di una storia affascinante, un giallo da risolvere che secondo Michael Turner, uno dei più grandi esperti del ‘settore scuro’ dell’Universo, potrebbe ben presto arrivare ad una conclusione.

AMS-02: First Result from the Alpha Magnetic Spectrometer Experiment

Physical Review Letters: The first results from the space-borne Alpha Magnetic Spectrometer confirm an unexplained excess of high-energy positrons in Earth-bound cosmic rays

Physical Review Letters: First Result from the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station:Precision Measurement of the Positron Fraction in Primary Cosmic Rays of 0.5–350 GeV