Astronomia con neutrini di altissima energia.

Prof. Antonio Capone

Dottorato in Fisica, XXXII ciclo (20 ore)

Lunedi' e Giovedi'    ore  14:00 - 16:00 aula Rasetti

 

Programma del corso (file pdf)

Indice delle lezioni:

Lezioni 1, 2: 19 marzo 2018 -    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: 22 marzo 2018 -     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-)  (copia delle slides utilizzate a lezione)

 

Lezioni 5, 6: 9 aprile 2018 -     Misure della componente elettromagnetica dei R.C. :   fotoni ed elettroni primari.  Rivelazione diretta di fotoni con energia con ~MeV < Eg < 500 GeV (GCRO, FERMI, AMS).   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 fotoni di alta energia: distinzione segnale fondo (da sciami di R.C.).   (copia delle slides utilizzate a lezione)

 

Lezioni 7, 8: 12 aprile 2018 -    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: 16 aprile 2018 -    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 > 10**17 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: 19 aprile 2018 -    Rivelazione di sciami con E > 10**17 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, AUGER: misure di sciami estesi di Ultra High Energy con apparati ibridi (Misura dello spettro dei R.C. per E > 10**17 eV   e   misura della composizione dei R.C. per E > 10**17 eV.  Misure con altri apparati ibridi (di superficie, di fluorescenza, ...): Telescope Array (T.A.).  Confronto fra risultati ottenuti da P.A.O. e da T.A.. Un possibile rivelatore futuro (JEM-EUSO, rivelazione radio di sciami, ...). (copia delle slides utilizzate a lezione)

 

Lezioni 13,14: 23 aprile 2018 -    Rivelazione di neutrini astrofisici con E > 10**13 eV. Tecniche di rivelazione con apparati tradizionali di prima generazione (SOUDAN, MACRO) e con apparati Cherenkov. Flussi di eventi aspettati, segnale e rumore. Stima del flusso aspettato dei neutrini da sorgenti note come sorgenti gamma. (copia delle slides utilizzate a lezione).

 

Lezioni 15,16: 26 aprile 2018  Stima del flusso aspettato dei neutrini da sorgenti note come sorgenti gamma.   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.  (copia delle slides utilizzate a lezione)

 

Lezioni 17,18: 30 aprile 2018   ANTARES, IceCube, Baikal, KM3NeT Telescopi per Neutrini in mare, lago, ghiaccio.   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 dalle "Fermi Bubbles".   Ricerche "multimessenger":  osservazioni astronomiche triggerate da ANTARES;  ricerca di neutrini triggerata da asservazioni astronomiche (ad es. GRB).   (copia delle slides utilizzate a lezione)

 

Lezioni 19,30: 3 maggio 2018    ANTARES, IceCube, Baikal, KM3NeT Ricerca di neutrini da sorgenti di G.R.B.  Ricerca di neutrini da annichilazione di Dark Matter  Ricerche "multimessanger".   Ricerca di neutrini da sorgenti di onde gravitazionali.   Il telescopio Cherenkov al polo Sud IceCube: l'apparato: i moduli ottici, le proprieta' del ghiaccio; l'apparato di superficie IceTop;  flussi diffusi di neutrini astrofisici: ricerca di eventi con tracce e sciami di altissima energia  (copia delle slides utilizzate a lezione)