Studenti a caccia di raggi cosmici artici all'International Cosmic Day 2021

Sebbene parte dei programmi dell'ultimo anno di scuole superiori siano dedicati allo studio della fisica moderna, nulla avvicina uno studente a questa disciplina quanto l'essere protagonista dell'osservazione di fenomeni tipici della relatività speciale. In particolare, la fisica dei raggi cosmici offre uno scenario ideale per entrare in contatto con la realtà – controintuitiva e sorprendente – descritta da Einstein nella sua teoria.

Quest'ultima predice infatti, correttamente, un rallentamento nello scorrere del tempo quando si viaggia a velocità prossime a quella della luce, ed è proprio tale rallentamento, verificato sperimentalmente nell'ultimo secolo, che permette ai raggi cosmici secondari – prodotti nell'alta atmosfera dai nuclei totalmente ionizzati che rappresentano la radiazione cosmica primaria – di raggiungere terra prima di decadere, contrariamente a quanto ci si aspetterebbe da una semplice stima classica.

L'osservazione a terra dei raggi cosmici secondari e la misura di grandezze che ne caratterizzano il comportamento rappresenta pertanto un contesto ideale per avvicinare gli studenti all’attività di ricerca in fisica moderna. Alla luce di queste potenzialità, da dieci anni il Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) organizza l’International Cosmic Day (ICD), una giornata articolata in numerose attività distribuite in tutto il mondo e che prevede la realizzazione di misure dedicate alla comprensione dei raggi cosmici.

Crediti: Liceo "A. Scacchi" di Bari e, per le foto, Mike Struik, polarquest.org

Il Progetto Extreme-Energy Events (EEE), un’iniziativa congiunta del Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche Enrico Fermi (CREF) e dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), ha aderito anche quest'anno all'evento, proponendo ai numerosi istituti afferenti una misura della dipendenza angolare della radiazione cosmica secondaria alle latitudini artiche. In particolare, sono stati messi a disposizione degli studenti i dati raccolti dalla missione PolarQuest2018, cui la Collaborazione EEE ha preso parte facendosi promotrice di una campagna di misura del flusso di raggi cosmici tra 66° e 82°07' di latitudine nord, oltre il circolo polare artico, quantità al momento poco determinata sperimentalmente. Al fine di rendere la "giornata da scienziato" più accattivante e per sensibilizzare gli studenti alle difficoltà pratiche che un ricercatore deve essere pronto a fronteggiare, i dati proposti per l'analisi sono stati selezionati tra quelli raccolti in un momento critico della spedizione, ovvero durante un incagliamento dell'imbarcazione che, per diverse ore, è rimasta bloccata in posizione inclinata. Le scuole che si sono misurate con l'analisi proposta hanno pertanto avuto modo di confrontarsi con concetti chiave quali accettanza angolare, efficienza di misura e valutazione della significatività statistica di una fluttuazione, apprendendo sul campo come effettuare una trattazione professionale dei dati sperimentali.

A livello internazionale, l’International Cosmic Day 2021, tenutosi lo scorso 10 novembre, ha visto la partecipazione di centinaia di istituti collegati da tutto il mondo, declinando in chiave giovanile gli essenziali momenti di condivisione e confronto tipici delle comunità scientifiche.