Archivi categoria: Astroparticles

International Cosmic Day 2020 | Misurare i Raggi Cosmici

Anche quest’anno l’Università di Perugia partecipa all‘International Cosmic Day (ICD) evento internazionale organizzato dal DESY di Amburgo e dal Fermilab di Chicago, coordinato in Italia dalla rete Outreach Cosmic Ray Activities dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare INFN, in modalità online a causa dell’emergenza epidemiologia da coronavirus.

Il coordinatore delle attività per Perugia è Nicola Tomassetti, ricercatore del Dipartimento di Fisica e Geologia dell’università.

✪ La pagina italiana di INFN-OCRA e il programma della giornata: https://web.infn.it/OCRA/
✪ La pagina ufficiale ICD International: http://icd.desy.de
✪ L’evento in diretta: Youtube/GSSI

Le scuole umbre coinvolte in questa edizione sono il Liceo Scientifico “G. Alessi” di Perugia (docente prof.ssa Silvia Lombardi) e il Liceo scientifico “Majorana” dell’IISST di Orvieto (docente prof. Giuseppe Pallucchini).

Fenomenologia del trasporto di particelle e antiparticelle nell’eliosfera

Presentazione di Tesi di Laurea in Fisica di Riccardo Cioli, sulla fenomenologia del trasporto di particelle cariche nell’eliosfera.

La Tesi si inquadra nell’ambito delle attività di studi sperimentali e mo- dellizzazioni fenomenologiche dell’ambiente di radiazione nello spazio, previste dal programma congiunto tra l’Università degli Studi di Perugia e l’Agenzia Spaziale Italiana, accordo ASI-UniPG 2019-2-HH.0. L’obiettivo di questa Tesi è la comprensione e la descrizione, attraverso un connubio di misurazioni sperimentali ed elaborazioni teoriche formali, dei meccanismi che regolano la propagazione dei raggi cosmici carichi nell’eliosfera, ed in particolare quei processi dipendenti dal segno della carica delle particelle o dalla polarità del campo magnetico solare.

SIF-2020: Il portale HVO per monitorare radiazione cosmica e attività solare

Il 106° Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica si è tenuto per via telematica dal 14 al 18 settembre 2020, con la sfida di organizzare un Congresso che mantenesse il più possibile le sue caratteristiche scientifiche, nel filo della tradizione, e introducendo degli elementi di novità sfruttando gli strumenti informatici. Riportiamo qui il video della comunicazione di David Pelosi, studente dell’Università degli Studi di Perugia, per il progetto realizzato nell’ambito di CRISP che ha visto lo sviluppo di un portale online per il monitoraggio della radiazione cosmica e dell’attività solare.

D. Pelosi, “Sviluppo di un portale online per il monitoraggio della radiazione cosmica e dell’attività solare”

Il progetto Heliophysics Virtual Observatory

Heliophysics Virtual Observatory (HVO) è un progetto sviluppato per CRISP nell’ambito scientifico del programma di studi sperimentali e modellizzazioni fenomenologiche dell’ambiente di radiazione nello spazio. HVO si propone il monitoraggio in tempo reale dei parametri di attività solare e delle misure relative di radiazione carica, e del calcolo in tempo reale dei flusso dei raggi cosmici. L’idea è stata sviluppata per la Tesi di Laurea in Fisica “Sviluppo di un portale per il monitoring dell’attività solare “, di David Pelosi, relatori N.Tomassetti e M. Duranti, Università degli Studi di Perugia.

Lo scopo del progetto HVO è quello di canalizzare i dati relativi ad attività solare e radiazione cosmica, resi pubblici da osservatori o missioni su diversi database o repositories in altrettanti formati, su un’unica piattaforma online. Inoltre HVO fornisce la possibilità di visualizzarne i grafici, scaricare i dati in un formato standardizzato, ed accedere ad uno strumento interattivo per il calcolo in tempo reale del flusso dei protoni cosmici in alta atmosfera. I dati e i grafici di HVO vengono aggiornati a cadenza giornaliera. Le varie sezioni del portale sono dedicate a osservazione relative all’attività solare, dati di parametri interplanetari, e misurazioni di flussi di radiazione carica. A queste si affiancano valutazioni in tempo reale basate su modelli efficaci predittivi.

Durante la fase di sviluppo, la piattaforma HVO è accessibile solo dalla rete interna al Dipartimento di Fisica e Geologia dell’Università di Perugia. Si può accedere al portale HVO tramite il seguente link:

Documentazione sulla piattaforma HVO:
✪ Tesi di Laurea in Fisica di David Pelosi, Università di Perugia [PDF]
✪ Slides della presentazione della tesi di Laurea, David Pelosi [PDF]
✪ Pagina CRISP/HVO, in costruzione

New publication on Neon, Magnesium, and Silicon in Cosmic Rays

Our new results obtained with the AMS experiment onboard the Space Station are published: The paper presents new measurements of the energy spectra for Ne, Mg, and Si in cosmic rays. These spectra reveal features not predicted by existing cosmic-ray models. Improving these models should lead to a better understanding of the supernovae that produce and accelerate cosmic rays and of the interstellar medium, through which they travel. Cosmic-ray nuclei carry information on supernovae, on the processes that forged the elements, and on the structure of our Galaxy and of the interstellar medium—information that researchers hope to extract by analyzing spectra for each cosmic-ray element. All known chemical elements are present in cosmic rays, but their prevalence generally decreases with increasing atomic number, reflecting the scarcity of heavier elements in the cosmos. So far, precise spectra have been obtained for the elements from hydrogen to oxygen; measurements of heavier-element spectra have error bars as large as 20%. With such poor data to work with, researchers haven’t previously learned much from these elements’ spectra. These new results now give theorists a lot of work to do, and they are “opening an entirely new window” on precision cosmic-ray spectroscopy.

Comunicato INFN/ASI: Anche i raggi cosmici hanno il loro peso

COMUNICATO CONGIUNTO INFN-ASI. Le misure dell’esperimento AMS-02 realizzate sulla Stazione Spaziale Internazionale migliorano la conoscenza delle proprietà dei raggi cosmici rivelando sottili differenze tra quelli pesanti e quelli leggeri, e fornendo così nuove opportunità per la comprensione delle origini e della propagazione delle particelle cosmiche

È senza sosta il lavoro dell’Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02) che, a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) dal 2011, continua lo studio dei raggi cosmici. La collaborazione scientifica dell’esperimento AMS ha, infatti, appena riportato una nuova misura di alta precisione sull’abbondanza e la forma dello spettro del flusso dei raggi cosmici primari Neon, Magnesio e Silicio.

L’analisi delle proprietà di questa classe di raggi cosmici, meno abbondanti di altri primari più leggeri quali Elio, Carbonio e Ossigeno, forniscono informazioni uniche per lo studio delle loro sorgenti astrofisiche nella Galassia e per la comprensione dei meccanismi della loro propagazione nel mezzo interstellare fino alla rivelazione nel Sistema Solare.

La ricerca completa è stata recentemente pubblicata su Physical Review Letters (PRL) e segnalata come Editor’s suggestion. Gli importanti risultati sono stati anche commentati in un articolo sulla rivista Physics della American Physical Society. Lo studio è stato realizzato nell’ambito di una collaborazione internazionale cui partecipano, a livello nazionale, ricercatori dell’INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, delle Università di Bologna, Milano Bicocca, Perugia, Roma Sapienza, Roma Tor Vergata e Trento e dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASI).

AMS-02 è uno spettrometro magnetico disegnato e costruito per la misura di precisione dei raggi cosmici nello spazio. Chiamato anche “Il cacciatore di antimateria e materia oscura” è posizionato sulla struttura di supporto trasversale della Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Nel maggio 2011 nel corso della missione STS-134 Endeavour, AMS-02 è stato installato sulla ISS  utilizzando il braccio meccanico CANADARM, manovrato dall’astronauta Roberto Vittori. Lo strumento è stato recentemente oggetto di alcune spettacolari attività extraveicolari destinate alla sua riparazione che hanno visto protagonista l’astronauta dell’ESA, Luca Parmitano. Le misure e le informazioni provenienti dall’analisi dei dati raccolti da AMS-02 negli ultimi 9 anni stanno fornendo un contributo determinante alla nostra conoscenza dei raggi cosmici. Tutti i dati prodotti da AMS, compresi questi appena pubblicati, sono liberamente accessibili attraverso il portale Cosmic Ray Database ospitato nello Space Science Data Center (SSDC) dell’Agenzia Spaziale Italiana

Le recenti osservazioni di AMS-02 migliorano notevolmente la nostra conoscenza delle proprietà delle specie nucleari primarie più pesanti, descritte in maniera solo approssimata dalle misure precedenti. I raggi cosmici Neon, Magnesio e Silicio, oggetto dello studio, mostrano difatti una simile dipendenza della loro intensità in funzione dell’energia, che risulta tuttavia differente da quella caratteristica dei raggi cosmici primari più leggeri quali Elio, Carbonio e Ossigeno, di fatto evidenziando che esistono diverse classi di raggi cosmici primari con differenti proprietà.

“L’analisi delle differenze e delle similarità tra queste classi di raggi cosmici nucleari – spiega Valerio Vagelli, ricercatore dell’ASI – potrebbe rivelare la necessità di esplorare nuovi scenari per riprodurre i dati osservati, svelando dettagli del mezzo interstellare o la presenza di nuove sorgenti di raggi cosmici nucleari. La scoperta di queste peculiarità, ad oggi non attese dai modelli teorici, conferma il potenziale unico che i dati raccolti dall’esperimento AMS-02 possono fornire ai fini di esplorare in profondità i meccanismi di origine e propagazione dei raggi cosmici sfruttando l’acceleratore di particelle naturale e unico: l’Universo”.

“Le grandi prestazioni e la lunga durata della missione di AMS-02 – commenta Paolo Zuccon, ricercatore dell’Università di Trento e dell’INFN, e responsabile nazionale per l’INFN di AMS – permettono di ottenere misure precise dei flussi di raggi cosmici, che per la prima volta rivelano loro proprietà singolari finora inaccessibili. Questa dettagliata conoscenza mette in discussione i modelli riguardo l’origine e la propagazione dei raggi cosmici e ci spinge a elaborare una più profonda comprensione dei fenomeni di alta energia che avvengono nella Galassia. Grazie alla precisione e all’accuratezza delle sue  misure, AMS-02 ha il potenziale di  osservare fenomeni di nuova fisica e affrontare problemi come  la natura della materia oscura e l’origine della asimmetria materia-antimateria. Grazie all’intervento di riparazione effettuato con successo dalla NASA e da Luca Parmitano, AMS-02 continuerà a raccogliere dati almeno fino al 2028”.

AMS-02 Reloaded

Il 25 gennaio 2020, l’astronauta Luca Parmitano, con l’ultima di quattro passeggiate fuori dalla Stazione Spaziale Internazionale, ha concluso le attività di installazione dell’UTTPS, il  nuovo sistema di raffreddamento del nostro esperimento AMS-02. Nel corso del week end abbiamo verificato il sistema e questa mattina, finalmente, abbiamo riacceso tutto perfettamente funzionante!! Dalle ore 12:00 di lunedì’ 27 gennaio, il rivelatore è di nuovo tornato in modalità presa dati, alle sue prestazioni nominali. Questo intervento ci ha visto doppiamente coinvolti, come parte di AMS-02 e come parte del team che ha contribuito direttamente al lungo processo che ha portato l’UTTPS in orbita, e vorremmo quindi festeggiare con tutti voi il successo ottenuto il prossimo 6 Febbraio, giorno in cui il nostro astronauta scenderà dalla stazione spaziale dopo più di 6 mesi nello spazio.
 Vi invitiamo quindi ad un pranzo leggero alle 13:30 in aula B, arricchito da  un seminario di carattere generale. Ripercorreremo insieme le fasi di questa “impresa”, la più difficile riparazione mai condotta nello spazio da astronauti,  ricordando anche i principali risultati finora ottenuti e quelli adesso raggiungibili grazie al prolungamento della vita di AMS in orbita. L’evento si svolge il 6 Febbraio 2020 dalle ore 13:00 in Aula B dell’edificio di Fisica del Dipartimento. Si prevede il seguente programma:
✪ 13:00 – Rinfresco di benvenuto
✪ 13:45 – AMS-02 Reloaded: cosa è successo e perché
✪ 14:15 – Collegamento con la control room @ CERN
✪ 14:30 – Saluti dalle altre sedi italiane

“AMS keeps it cool”, in the latest CERN Courier

On the cover of the latest issue of CERN Courier, NASA astronaut Drew Morgan is photographed 400 km above Earth’s surface installing a new coolant system for the Alpha Magnetic Spectrometer, AMS, during a crucial spacewalk on 2 December. ESA’s astronaut Luca Parmitano appears in the picture on page 5 of the courier, attached to a robotic arm of the ISS on 2 December, handling the new pump system for the AMS detector. The new coolant system (which was delivered by an Antares rocket on 2 November) will extend the lifetime of AMS until the end of the decade, allowing more conclusive statements to be made about the origin of the unexpected observations. A full report on the unprecedented AMS intervention – and a taste of the experiment’s latest results – will appear on cerncourier.com following the final extravehicular activity by Drew and his colleagues in mid-January. The digital PDF edition of the CERN Courier is available on the web. The editorial of the latest number is below, by Matthew Chalmers:

Extending the life of a unique experiment

It’s not often that CERN Courier has the opportunity to feature an astronaut on its cover, but events unfolding 400 km above Earth’s surface in recent weeks more than merit such a decision. Photographed on 2 December, NASA astronaut Drew Morgan is seen installing a new coolant system for the Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) – the unique cosmic-ray detector masterminded by charm–quark co-discoverer Sam Ting of MIT and assembled by an international team at CERN. AMS has been attached to the International Space Station (ISS) since 2011 and initially was intended to operate for three years. Never designed to be serviceable, some 25 bespoke tools had to be developed for the procedure, which involved four high- profile extravehicular activities (EVAs) and years of preparation involving hundreds of astronauts, engineers, and scientists on the ground. It is deemed one of the most complex interventions in space since repairs to the Hubble Space Telescope and will keep AMS operating until the end of the decade. Equipped with a transition-radiation detector, a silicon tracker embedded in a 0.15 T magnet, a time-of-flight detector, ring-imaging Cherenkov detector, and an electromagnetic calorimeter, AMS looks like something you would find underground at the business end of a particle beam. In the pristine environment of space, the 7.5 tons apparatus tracks and measures particles from the depths of the universe, and so far its 300,000 channels have clocked up almost 150 billion charged cosmic rays with energies up to the multi-TeV range. Its percent-level results, in particular showing a clear excess in the expected number of positrons at high energies, contradict conventional understanding (CERN Courier December 2016 p26). A further 10 years of operation should allow AMS to make conclusive statements on the origin of the unexpected observations. To that end, on 2 November 2019 an Antares rocket lifted off from Wallops Island, Virginia, carrying new CO2 cooling pumps for the AMS tracker, following the failure of three of the four original pumps. On 15 November Morgan and European Space Agency astronaut Luca Parmitano (pictured above right) successfully removed and jettisoned the AMS debris shield, and, one week later, the pair cut through eight stainless-steel lines to isolate the

La passeggiata spaziale di Parmitano: #SpaceWalkForAMS

L’astronauta Luca Parmitano e il rivelatore AMS-02 durante le operazioni della missione Beyond

Luca Parmitano e il collega Andrew Morgan venerdì 15 novembre alle 15:30 hanno dato il via ad una serie complessa di attività extraveicolari, o passeggiate spaziali. Da qui a gennaio 2020, sono infatti previste quattro passeggiate spaziali per Luca Parmitano. Tra le operazioni più complesse mai realizzate nello spazio, e tra i momenti clou della sua missione spaziale Beyond, le passeggiate spaziali sono dedicate all’installazione dell’UTTPS, il nuovo sistema di raffreddamento del tracciatore dell’esperimento AMS-02 operante a bordo della Stazione Spaziale Internazionale dal 19 Maggio 2011. L’attività extraveicolare prevede complesse operazioni gli astronauti quali, per la prima volta, tagliare e ricollegare i cavi del sistema di raffreddamento nello Spazio. L’intervento permetterà allo strumento AMS-02 di restare attivo e funzionante nel lungo termine, e finché verrà mantenuta operativa la Stazione Spaziale Internazionale.


Queste operazioni vedono doppiamente coinvolti i ricercatori e tecnici del Dipartimento di Fisica e Geologia dell’Università di Perugia, e della Sezione INFN di Perugia, non solo perche’ permetteranno di estendere la vita dell’esperimento per tutta la durata della stazione spaziale, ma anche perche’ la qualifica spaziale dell’UTTPS e’ stata effettuata proprio nei laboratori del nostro Dipartimento e dell´INFN a Terni. 

Per saperne di piu’ e rivedere i video delle Extra-Vehicular Activity: 

Video ESA www.esa.int/Science_Exploration/Human_and_Robotic_Exploration/Watch_live_firs…
www.esa.int/Science_Exploration/Human_and_Robotic_Exploration/Watch_live_seco…
www.esa.int/Science_Exploration/Human_and_Robotic_Exploration/Watch_live_thir…

Pagina web della collaborazione AMS-02: ams02.space/

Articolo di Wire: Quello che c’è da sapere sulla passeggiata spaziale di Luca Parmitano

Altre informazioni, immagini e approfondimenti saranno disponibili anche sugli altri canali sociale di ESA e NASA, dell’esperimento AMS-02, ma anche del CERN, il laboratorio di fisica delle particelle di Ginevra. L’hashtag ufficiale dell’evento è #SpacewalkForAMS

Il 3 dicembre Luca Parmitano ha portato a termine con successo quella che alla vigilia appariva come la passeggiata spaziale più critica, la terza prevista per la manutenzione del cacciatore di antimateria Ams-02.
L’attività, mirata all’installazione della nuova pompa di raffreddamento, è durata poco più di sei ore, in anticipo rispetto alla tabella di marcia.
L’attività ha visto l’astronauta cavalcare più volte il braccio robotico per trasportare e poi installare il nuovo componente.


Altre informazioni, immagini e approfondimenti saranno disponibili anche sugli altri canali sociali dell’Agenzia Spaziale Italiani ASI, delle agenzie ESA e NASA, dell’esperimento AMS-02, ma anche del CERN, il laboratorio di fisica delle particelle di Ginevra. L’hashtag ufficiale dell’evento è #SpacewalkForAMS

XSCRC-2019 Workshop: Cross sections for Cosmic Rays @ CERN

Cosmic-ray (CR) physics in the GeV-TeV range has entered a precision era with recent data from space-based experiments. However, the poor knowledge of nuclear reactions (production of antimatter and secondary nuclei) limits the information that can be extracted from these data (source properties, transport in the Galaxy, indirect searches for dark matter).

The first edition of this workshop was held in 2017 (XSCRC17, see indico pages here). Its goal, bringing together different communities (CR theorists, CR experimentalists, nuclear and particle physicists), was to review theoretical motivations for CR studies, new CR data, and how the modelling of CRs crucially depends on nuclear reactions. The workshop was also strongly aimed at presenting current efforts and discussing forthcoming perspectives for particle/nuclear measurement campaigns.

This second edition will review the advances made in the last two years, and highlight some results obtained thanks to collaborations started during the first edition. We also hope that this edition will further strengthen these emergent synergies, taking advantage of the complementarity and know-how in different communities: the challenges that pose the interpretation of high-precision CR data can only be undertaken with a collective and coordinated effort. Here is the Indico page of the workhop.

In the figure: a few slides from my presentation at the XSCRC workshop.