Un osservatorio subacqueo per raggi cosmici: al via il progetto che coinvolge Unical e 70 alunni calabresi

Sono circa 70 gli studenti calabresi, provenienti dagli istituti di istruzione superiore di Catanzaro (Fermi), Cariati (Patrizi), Tropea (Liceo scientifico “Vianeo”), Reggio Calabria (Volta) e studenti del dipartimento di fisica dell’Unical che si incontreranno presso il centro olimpico del lago Arvo (località Lorica del comune di San Giovanni in Fiore) per dare vita ad un osservatorio subacqueo per raggi cosmici.

La ricerca scientifica sui raggi cosmici

Gli allievi potranno partecipare ad una vera e propria ricerca scientifica, con strumenti professionali e tecniche proprie della ricerca di alto livello. Sono stati costruiti 5 gruppi di lavoro e a ciascun gruppo è stato consegnato un rivelatore sviluppato dall’Istituto nazionale di fisica nucleare di Roma1, alloggiato in un contenitore ermetico prodotto dall’Istituto Infs di Roma3, il tutto assemblato presso il Gruppo Collegato di Cosenza. Il programma di acquisizione dati è stato scritto dagli studenti della magistrale in Fisica dell’Unical, mentre il sistema di boe e ancoraggio in acqua è stato progettato e realizzato dagli studenti delle scuole di Cariati e dell’Iis di Tropea.

L’esperimento nelle acque del lago Arvo

Il 31 maggio presso le acque del lago Arvo, nelle prime ore della mattinata gli studenti e le studentesse a bordo di un battello eseguiranno le misure a terra, in aria sopra l’acqua e in acqua a diverse profondità. Nel pomeriggio e durante i giorni successivi, saranno gli allievi stessi ad analizzare i dati raccolti dal rivelatore che hanno in consegna.

«Da oltre un secolo – specificano i partecipanti in una nota stampa - sappiamo che nell’aria è presente una radiazione ionizzante capace di percorrere notevoli distanze prima di essere assorbita e per questa caratteristica si è guadagnata l’aggettivo “penetrante”. Agli inizi del XX secolo – aggiungono-  si riteneva che fosse prodotta dagli elementi chimici radioattivi presenti sulla Terra. In particolare sulla terra ferma e in misura molto minore nell’acqua del mare e nell’aria. Il mistero che ammantava questa radiazione era reso ancor più fitto dalla scarsa conoscenza dei meccanismi fisici che regolano l’atomo. Si sapeva che gli atomi erano capaci di emettere radiazioni ionizzanti ma non il perché e il come. Gli studi condotti nei primi 30 anni dello scorso secolo furono miliari per il progresso scientifico nell’universo atomico e sub atomico.

Queste scoperte - evidenziano - hanno modificato profondamente il pensiero umano consentendoci di comprendere molti processi microscopici e con essi il funzionamento di una buona parte dell’Universo visibile. La radiazione ionizzante penetrante presente nell’aria ha origine dagli elementi chimici presenti sulla Terra oppure no? Se fosse extraterrestre quali informazioni possiamo ricavare sulla sua composizione e origine? Come possiamo misurarla? Con misure eseguite in aria e in acqua studenti delle scuole secondarie di II grado insieme a studenti del corso di laurea in fisica, proveranno a rispondere a queste domande».

Come funzionerà l’esperimento

L’esperimento cercherà di replicare in chiave moderna la misurazione dei raggi cosmici nelle acque del lago Arvo eseguito per la prima volta nel 1911 da Domenico Pacini. Alla profondità di 10 mt verrà immerso un “sottomarino” contenente all’interno un cilindro con oggetti di piombo come zavorra (4kg), un ArduSiPM, un sensore digitale Bme280 per monitorare pressione, temperatura e umidità, un sensore gps per tenere conto del tempo e della posizione, un microcontrollore M5Stack per gestire tutti i dispositivi e per la connessione in rete, una scheda microsd per salvare i dati. Il sottomarino verrà ancorato a delle zattere prodotte e progettate dagli studenti di Cariai e di Tropea. Ogni volta che una particella dei raggi cosmici attraversa lo scintillatore viene prodotto un segnale luminoso. Una parte di quest’ultimo viene convertita da un fotosensore al silicio (SiPM) in un piccolo segnale elettrico ed inviato ad una scheda ArduSiPM. La scheda alimenta il SiPm, analizza il segnale, lo digitalizza e lo invia ad un microprocessore M5Stack per eseguire le analisi online.

Il progetto Ocra – Outreach Cosmic Ray Activities è un programma del Comitato di Coordinamento della Terza Missione dell’Infn che raccoglie le attività di outreach sul tema dei raggi cosmici. Il progetto Ocra coinvolge docenti e ricercatori nelle sezioni Istituto nazionale fisica e università di Bari, Cosenza, Firenze, Lecce, Milano, Milano Bicocca, Napoli, Padova, Pavia, Perugia, Pisa, Roma, Roma Tor Vergata, Sassari, Siena, Torino, Trieste e, infine, i Laboratori Nazionali del Gran Sasso, i Laboratori Nazionali di Legnaro, il Gssi – Gran Sasso Science Institute, e il Trento Institute for Fundamental Physics and Applications di Trento.