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Interazioni fondamentali in fisica cosmica

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Anno accademico 2008/2009

Codice dell'attività didattica
S8139
Docente
Prof. Oscar Saavedra (Titolare del corso)
Corso di studi
c221 laurea spec. in astrofisica e fisica cosmica
Anno
1° anno
Periodo didattico
Terzo periodo didattico
Tipologia
Caratterizzante
Crediti/Valenza
6
SSD dell'attività didattica
FIS/05 - astronomia e astrofisica
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

Gli obiettivi del corso di Interazioni fondamentali dei raggi cosmici e’ di dare lo studio, per quanto possibile completo, delle interazioni dei raggi cosmici con i nuclei che compongono l’atmosfera. Inoltre si propone di dare una panoramica sugli esperimenti, attualmente in funzione nel mondo par lo studio dei raggi cosmici nelle sue varie componenti.
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Programma

Interazioni di particelle d’alta energia con la materia. I - Perdita per ionizzazione. Trattazione non relativistica e relativistica. Interazioni di particelle d’alta energia con la materia. Elettroni: perdita per ionizzazione e bremsstrahlung. Energia critica.                                    

Interazioni dei fotoni d’alta energia: assorbimento fotoelettrico, diffusione Compton e alla Thompson.Diffusione di Compton inverso. Produzione di coppie elettroni-posittroni

Cascate puramente elettromagnetiche. Radiazione Cerenkov e raggi Gamma di ultra alta energia. Meccanismi di annichilazione di elettroni-positrone. Sviluppo longitudinale e laterale delle cascate elettromagnetiche. L’età dello sciame.                                                                                    

Interazioni nucleari d’alta energia. Dati basici dell’atmosfera. Protoni di altissima energia. Cascate nucleari. I raggi cosmici nell’atmosfera. Misure dirette e indirette.                                                                                  

Definizioni basiche per la rivelazione dei raggi cosmici. I rivelatori di particelle: emulsioni nucleari, rivelatori plastici, rivelatori a gas: contatori proporzionali, Geiger e a scintille. Rivelatori allo stato solido. Rivelatori solidi e liquidi a scintillazione. Rivelatori a Luce di Cherenkov  e le sue caratteristiche. Apparati  sciami.                                                                                                           

Telescopi gamma per energie E> di 30 MeV. Telescopi gamma ad alta energia. Rivelatori di luce di fluorescenza in aria e telescopi neutrinici.                                                                                                           

Fenomenologia delle interazioni forti. Fisica delle particelle elementari. Adroni, leptoni, mesoni e barioni. Cenni sui processi basici d’interazioni. Relazioni cinematiche e diffusione Colombiana. Diffusione multipla. Legge di Scaling.                                                           

Equazione delle cascate: equazione di trasporto per i nucleoni. Approssimazione A. Condizioni al contorno. Flusso di neutroni e protoni. Rapporto di carica dei pioni. Flusso di mesoni. Flusso di adroni e fotoni. Distribuzione zenitale. Anisotropia dei raggi cosmici.Dati degli acceleratori. Sezioni d’urto nucleare, molteplicità, inelasticità, e momento traverso. Spettro dei momenti.

Muoni nell’atmosfera. Relazione con lo spettro primario. Passaggio dei muoni attraverso la materia. Muoni sottoterra. Relazione intensità-profondità. Spettro d’energia dei muoni. Muoni prompt, produzione diretta. Interazioni elettromagnetiche dei muoni. Neutrini da decadimenti di pioni e kaoni.. Flussi di neutrini da decadimenti dei muoni.Neutrini atmosferici. Rapporti di neutrini e oscillazioni. Muoni indotti da neutrini atmosferici. Astrofisica dei neutrini.

Sciami giganti. Rivelatori e osservazioni. Il taglio GZK.              

 

 

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The primary spectrum at the top of the atmosphere. Composition and interaction with the atmosphere. Energy loss of the cosmic rays. Very high energy interaction of cosmic rays.

Study of the secondary cosmic rays components. EAS: electromagnetic, nucleonic, muonic and neutrino components. Cerenkov detectors for gammas and underground detectors for neutrinos.

 

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

High Energy Astrophysics S. Longair, Cambridge, Uni. Press.
Cosmic ray and Particle Physics T. Gaisser Cambridge, Uni. Press.
C. Gruppen Particle Detectors Cambridge Uni. Press. 1996
Appunti del professore.


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Ultimo aggiornamento: 14/07/2009 10:03
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