IL NUOVO SAGGIATORE - Società Italiana di Fisica - If

S. CECCHINI: IL MISTERO DEI RAGGI COSMICI DI ULTRA ALTA ENERGIAAkeno-AGASA puntano ad una composizioneche rimane sostanzialmente la stessa(aDAb 6 5) nell’intervallo 50 PeV–10 EeV.Tuttavia bisogna ricordare che l’analisi dipendestrettamente dai modelli Monte Carloutilizzati, che gli errori sistematici nella determinazionedell’energia sono dell’ordine del30% e che la dispersione dei dati sperimentaliè grande.5. – Teorie sull’origine degli eventi a10 20 eVFig. 10. – Variazione di X max in funzione della energiadel primario misurata dall’apparato Fly’s Eye: punti:dati sperimentali, quadrati: valori aspettati nel casodi raggi cosmici composti solo da protoni, cerchietti:valori aspettati nel caso di raggi cosmici composti soloda Fe, losanghe: valori aspettati nel caso di raggicosmici nell’ipotesi di due componenti.Il gruppo di Fly’s Eye ha studiato la composizionea partire da 10 17 eV confrontando lacrescita logaritmica di X max con l’energia osservatain due simulazioni. Nella prima si assumevache i primari fossero composti soloda protoni e nella seconda solo da nuclei diFe ( 19, 20 ). Dal confronto (vedi fig. 10) si deduceche vi è un possibile cambiamento da unacomposizione più pesante di quella osservatacon misure dirette a 0.1 PeV prima della «caviglia»(G0.3 EeV) ad una più leggera a energieattorno a 10 EeV. Il valore di X max fornitodalle simulazioni è chiaramente dipendentedal modello di interazione usato per cui nonha molto senso dedurre da questo confrontouna misura della composizione. Quello che èimportante è che la variazione di X max in funzionedell’energia nell’intervallo in esame èmolto più rapida di quella che ci si aspettaper qualsiasi composizione costante indipendentementedal modello usato e che rendaconto dei valori di X max osservati da Fly’s Eye.Anche i dati di Yakutsk ( 21 ) sembrano favorireuna composizione ricca di protoni alla altissimeenergie.Nel caso dell’apparato di AGASA ( 22 ) lacomposizione di massa è dedotta dal confrontodi r m (600) in funzione dell’energia con quelloche ci si aspetta se lo spettro di massa noncambiasse con l’energia. Le osservazioni diLa ricerca dell’origine dei raggi cosmici èstata sempre la ricerca degli «acceleratori»,ovvero di quelle sorgenti celesti e di queimeccanismi capaci di fornire energia ai raggicosmici su scale temporali tipiche della Galassiae/o dell’Universo.Per quanto riguarda la massa dei raggi cosmici(1 GeV–100TeV) vi è accordo generalesul fatto che questi siano di origine galattica.Considerazioni riguardanti la composizione–– rapporto (Li,Be,B secondari)/(C,N,O primari)–– e la luminosità dei raggi cosmici nellaGalassia sono tra i fatti a sostegno di taleteoria.Più difficile è tentare di spiegare gli eventidi altissima energia con una origine galattica.Il problema principale risiede nel fatto che lamassima accelerazione che è raggiungibile all’internodella nostra Galassia è molto piùpiccola di quella corrispondente ad una energiadi 10 20 eV.La teoria standard di accelerazione deiraggi cosmici si basa sul meccanismo di Fermial primo ordine che opera nelle onde d’urtoassociate con resti di supernovae, nelle onded’urto alla terminazione del vento galatticoe nei pulsars giovani, ma in tutti questicasi l’energia raggiunta è al massimo 10 19 eV.Un’analisi dimensionale ( 23 ) mostra che peruna regione di dimensioni L con campo magneticoB l’energia massima raggiungibile èE E Ze B L eC ,dove e è un fattore di efficienza del meccanismo,in generale molto più piccolo di 1.Considerando che la nostra galassia ha undiametro di circa 20 kpc ed è permeata da uncampo magnetico di circa 10 26 G, si vede cheè difficile raggiungere le energie osservate43