Astronomia con neutrini di altissima energia.

Prof. Antonio Capone

Dottorato in Fisica, XXXI ciclo (20 ore)

Programma del corso (file pdf)

Indice delle lezioni:

Lezioni 1, 2: 22 marzo 2017 -    Illustrazione del programma e dei testi utilizzati".  Intensita', spettro in energia e composizione dei raggi cosmici primari.  Giustificazione dell'andamento dello spettro in energia come legge di potenza dell'energia. Densita' di energia nei Raggi Cosmici, nella radiazione cosmica di fondo, nel campo magnetico galattico. Composizione dei raggi cosmici: abbondanza degli elementi nei RC e sulla Terra. Il rapporto Boro/Carbonio nei RC ed implicazioni sul tempo di propagazione dei RC nella Galassia. Cenni sugli effetti della diffusione dei RC nella Galassia sul loro spettro in Energia: il Leaky Box Model.  (copia delle slides utilizzate a lezione)

Lezioni 3, 4: 23 marzo 2017 -  Cenni su tipologia di rivelatori utilizzati in apparati su pallone/satellite.  Materia ed antimateria nei raggi cosmici: la presenza di antimateria puo' essere giustificata invocando l'esistenza della "Materia Oscura".   Materia Oscura (Dark Matter): evidenze della sua esistenza.    Complementarieta' fra misure dirette ed indirette di "materia oscura".  Il rivelatore PAMELA e risultati ottenuti: rapporto antiprotone/protone, rapporto e+/(e++e-).    La misura del rapporto e+/(e++e-) ottenuta dai rivelatori FERMI ed AMS.   (copia delle slides utilizzate a lezione)

Lezioni 5, 6: 29 marzo 2017 -  Misure della componente elettromagnetica dei R.C. :   fotoni ed elettroni primari.  Rivelazione diretta di fotoni con energia con ~MeV < Egamma < 50 GeV.    Rivelazione indiretta di fotoni con 50 GeV < Egamma < 100 TeV.     Caratteristiche degli sciami estesi nell'atmosfera, grandezze misurabili (energia, natura e direzione del primario, Xmax, etc.) con apparati "a terra".     Rivelazione di sciami atmosferici estesi: della radiazione Cherenkov, della radiazione di fluorescenza.    Telescopi Cherenkov, principio di funzionamento, caratteristiche: area efficace, risoluzione in angolo, risoluzione in energia, soglia in energia, sensibilita'.    Formazione dell'immagine nei Telescopi Cherenkov "Imaging", immagine stereoscopica. Rivelazione di eventi da gamma di alta energia: distinzione segnale fondo (da sciami di R.C.).  (copia delle slides utilizzate a lezione)

Lezioni 7, 8: 5 aprile  2017  -  Completamento della lezione su Telescopi Cherenkov "Imaging": Whipple, HESS, VERITAS, MAGIC. Misura di radiazione gamma di alta energia: sorgenti leptoniche o adroniche ? Meccanismo di accelerazione di Fermi. Misure con apparati per fotoni in alta quota (esperimento ARGO): studio della anisotropia dei raggi cosmici; misura della sezione d'urto protone-aria e protone-protone ad energie ~ 100 TeV. (copia delle slides utilizzate a lezione)

Lezioni 9, 10: 6 aprile  2017  -  Misure con apparati per fotoni in alta quota (Milagro, ...). Generalita' sullo sviluppo di sciami adronici. Misure della natura, energia e direzione dei RC primari.  Misure di R.C. con energia maggiore di circa 100 TeV (KASKADE, EAS-TOP, Casa-MIA). Rivelazione di sciami con E > 1017 eV:  il "puzzle" dei raggi cosmici di elevatissima energia; il "cut-off" GZK; misure di sciami estesi di Ultra High Energy (AGASA).  (copia delle slides utilizzate a lezione)

Lezioni 11, 12: 12 aprile  2017  -  Rivelazione di sciami con E > 1017 eV: il "puzzle" dei raggi cosmici di elevatissima energia, il "cut-off" GZK, misure di sciami estesi di Ultra High Energy, misure con apparati ibridi (di superficie, di fluorescenza, ...): AGASA, HiRES. Misure di sciami estesi di Ultra High Energy con apparati ibridi (Misura dello spettro dei R.C. per E > 1017 eV: misura della composizione dei R.C. per E > 1017 eV; misure con altri apparati ibridi (di superficie, di fluorescenza, ...): Telescope Array. Il futuro (JEM-EUSO, rivelazione radio di sciami, ...).  AUGER: misure di sciami estesi da neutrini di Ultra High Energy.  (copia delle slides utilizzate a lezione)

Lezioni 13, 14: 4 maggio 2017  -  Rivelazione di neutrini astrofisici con E > 1013eV. Tecniche di rivelazione con apparati tradizionali di prima generazione (SOUDAN, MACRO) e con apparati Cherenkov. Flussi di eventi aspettati come segnale e come rumore.   Stima del flusso aspettato dei neutrini da sorgenti note come sorgenti gamma. (copia delle slides utilizzate a lezione)

Lezioni 15, 16: - 22 maggio 2017 - ANTARES, IceCube, Baikal, KM3NeT:    telescopi per Neutrini in mare, lago, ghiaccio: l'importanza delle caratteristiche ottiche del "mezzo trasparente"; propagazione della luce nel mezzo;  proprieta' ottiche di ghiaccio ed acqua; studio delle caratteristiche ottiche del "mezzo" e loro effetto sugli apparati di misura; ricostruzione di tracce di muoni.  (copia delle slides utilizzate a lezione)

Lezioni 17, 18: - Risultati da un esperimento di 2a generazione ANTARES: ricostruzione di tracce, ricerca di sorgenti puntiformi di neutrini di H.E.;  ricerca di flussi di neutrini in eccesso rispetto ai neutrini atmosferici (neutrini astrofisici "diffusi");  ricerca di neutrini da sorgenti di G.R.B.; ricerca di neutrini da annichilazione di Dark Matter; ricerche "multi-messanger".  (copia delle slides utilizzate a lezione)

Lezioni 19, 20: - The IceCube Neutrino Telescope: Motivation (neutrinos: a new probe of the High Energy Universe); neutrino properties and how to detect them; construction of IceCube  (optical modules, ice properties, the surface detector: IceTop, the pointing capability (Moon "observation")); evidence for astrophysical neutrinos at high energy: significance, implications, the Cosmic-Ray connection; Cosmic Ray anisotropy: results from IceCube and other experiment in the Northern hemisphere.  (copia delle slides utilizzate a lezione)