IL NUOVO SAGGIATORE - Società Italiana di Fisica - If

S. CECCHINI: IL MISTERO DEI RAGGI COSMICI DI ULTRA ALTA ENERGIATabella I. – Caratteristiche e osservazioni di raggi cosmici di UHE dei grandi apparati di sciami atmosferici,1EeV410 18 eV.EsperimentoLatitudinegeograficaarea(km 2 )Accettanza(km 2 sr y)Risoluzioneangolare(gradi)Flussoa E o 410 EeV(m 22 s 21sr 21 eV 21 )EventiosservatiD40 EeVEventiosservatiD100 EeVEventiaspettati perE o D100 EeVVR 35,2N 8 – 3 – 6 1 –HP 54N 12 270 3 2,22 10 233 27 4 3,2Ya 62N 25 490 6-10 3,39 10 233 24 1 8AGASA 36N 100 822 1,6 2,91 10 233 47 7 2,8–5,2FE -mono41N – 930 6 2,38 10 233 17 1 5,4FE -stereo– – 158 2 – – – –SUGAR 30,5S 70 600 4,3-10 – 49 8 –velata, dipende da quanto sono ben conosciuti imeccanismi di produzione e trasmissione attraversol’aria della luce, dalla calibrazione dell’otticae dalla determinazione della traiettoria dellosciame. La limitazione di questa tecnica è il fattoche le osservazioni devono essere fatte in nottibuie, prive di luna.La prova dell’efficacia di uno studio sistematicoe prolungato con tecniche differentidei grandi sciami atmosferici, è dimostratodall’ottimo accordo tra i diversi esperimentisui seguenti punti (vedi fig. 7):1) Dal buon raccordo con le misure di piùbassa energia di Akeno (20 km 2 ) risulta che laforma dello spettro differenziale di energiada 10 17 eV a A 6310 17 eV è rappresentato dauna legge di potenza con indice 3.00 6 0.05.2) A energie D 6310 17 eV lo spettro differenzialedi energia diviene più ripido (indice3.2 6 0.1) prima di cambiare tendenza a circa5310 18 eV e con un indice 2.7 6 0.2; sembraquindi di poter individuare due popolazioni, laprima dominante a E E 3–5 EeV e un’altraper energie maggiori. Il segno di una nuovapopolazione di più alta energia è l’appiattimento(la «caviglia») dello spettro.3) I flussi misurati sono in accordo entro il50% indipendentemente dalla tecnica usata permisurare e calibrare in energia; se si assumeche lo spettro differenziale obbedisca alla leggeE 23 , le osservazioni sono in accordo entro un20% in energia. (Vedi anche tabella I).I fattori correttivi che sono stati usati perla sovrapposizione sono inferiori agli errorisistematici nella determinazione dell’energiariportati dagli esperimenti.3. – Gli eventi con E o D 10 20 eVIl primo evento con energia vicina o superiorea 10 20 eV fu riportato già da VolcanoRanch( 5 ). In seguito le osservazioni di HaverahPark( 14 ) e di Yakutsk( 15 ) hanno dato creditoall’esistenza di eventi di cosi grande energiaanche se in alcuni casi grande era l’ incertezzanelle caratteristiche dell’evento. Un esempio èl’evento descritto da Yakutsk, cui viene attribuitauna energia (1.1 6 0.4); 10 20 eV usando lasolita relazione tra S(600) e l’energia del primario.In questo stesso evento fu registrato unnumero di muoni molto alto e dal quale si ottieneuna stima dell’ energia prossima a 10 21 eV.Lascia qualche dubbio il fatto che lo sciameavesse una grande inclinazione (zenit458.77),fatto che rende più incerta la determinazionedell’energia. L’evento appare indubbiamenteanomalo e dovuto ad una particella la cui energiaè più alta del taglio di GZK.Nel 1993 Fly’s Eye in configurazione monoculare(16 ) ha riportato un evento cui è stata assegnatal’energia di (3.2 6 0.9)310 20 eV. Laricostruzione dello sviluppo non mostra alcunaanomalia e sembra essere in accordo con l’ipotesiche il primario fosse un protone. Rimanel’incertezza legata al fatto di essere stato rivelatoin configurazione monoculare cosicché sela localizzazione non fosse esatta l’energia sarebbeminore. In tal caso però lo sviluppo sarebbeavvenuto più in basso con una particellache sarebbe arrivata fino alla profondità di800 g/cm 2 senza interagire: molto improbabile.Tenendo conto delle incertezze sull’efficienza diemissione ed di attenuazione della luce si scenderebbea 220 EeV. Globalmente non si andrebbecomunque sotto a 100 EeV (fig. 8).AGASA ( 19 ) è al momento l’apparato che haraccolto il maggior numero di eventi conE o D 60 EeV, dai quali sempre più evidenteche viene violato il cut-off GZK (vedi fig. 9).Il fatto che gli spettri ottenuti dai diversiesperimenti siano in accordo entro il 20% perenergie vicine a 10 19 eV sembra indicare che i41