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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”.

New paper published: Numerical modeling of cosmic-ray modulation in Solar Cycle 24

Thanks to space-borne experiments of cosmic-ray (CR) detection, such as the AMS and PAMELA missions in low-Earth orbit, or the Voyager-1 spacecraft in the interstellar space, a large collection of multi-channel and time-resolved CR data has become available. Recently, the AMS experiment has released new precision data, on the proton and helium fluxes in CRs, measured on monthly basis during its first six years of mission. The data reveal a remarkable long-term behavior in the temporal evolution of the proton-to-helium ratio at rigidity R below 3 GV. As we have argued in a recent work, such a behavior may reflect the transport properties of low-rigidity CRs in the inteplanetary space. In particular, it can be caused by mass/charge dependence of the CR diffusion coefficient. In this paper, we present our developments in the numerical modeling of CR transport in the Milky Way and in the heliosphere. Within our model, and with the help of approximated analytical solutions, we describe in details the relations between the properties of CR diffusion and the time-dependent evolution of the proton-to-helium ratio. Check out the the paper:

N. Tomassetti, F. Barao, B. Bertucci, E. Fiandrini, M. Orcinha, Numerical modeling of cosmic-ray transport in the heliopshere and interpretation of the proton-to-helium ratio in Solar Cycle 24Adv. Space Res. 64 (2019) 2477-2489 [arXiv:1906.11477]

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Partecipazione a “L’Uovo di Colombo”, Umbria Radio

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Il dottor Nicola Tomassetti e la professoressa Silvia Lombardi saranno ospiti domani, giovedì 14 novembre 2019,  dalle ore 19.05 alle 19.30, del programma radiofonico “L’Uovo di Colombo”, in onda sulle frequenze di Umbria Radio (Perugia 92.000Mz; Terni 105.300Mz), dedicato alla ricerca scientifica sviluppata all’interno dell’Ateneo perugino.

Il dottor Tomassetti, ricercatore del Dipartimento di Fisica e Geologia dell’Ateneo di Perugia e la professoressa Lombardi, insegnante di matematica e fisica al Liceo Galeazzo Alessi di Perugia racconteranno al pubblico del recente International Cosmic Day (ICD) svoltosi a Perugia, al Dipartimento di Fisica e Geologia, organizzatore dell’iniziativa in collaborazione con l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN).

(Il Dott. Tomassetti e la Prof.ssa Lombardi ai microfoni di Umbria Radio)

L’edizione 2019, tenutasi in contemporanea in una ventina di città italiane, ha coinvolto, in Umbria, studenti del Liceo G. Alessi di Perugia, il Liceo E. Majorana di Orvieto, e il Liceo G. Marconi di Foligno. Lo scopo di ICD è di avvicinare gli studenti delle scuole superiori al mondo della ricerca scientifica, accompagnandoli tra i misteri dell’Universo racchiusi nei raggi cosmici. 

“L’Uovo di Colombo” è condotto dalla giornalista Laura Marozzi, responsabile dell’Ufficio Comunicazione Istituzionale, social media e grafica.

La replica del programma andrà in onda sabato 16 novembre 2019, alle ore 8.30.

Le puntate si possono riascoltare in podcast alla pagina

http://www.umbriaradio.it/podcast.html   canale “Uovo di Colombo”.

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.

36th International Cosmic Ray Conference ICRC-2019 @ Madison, WI, USA

The 36th International Cosmic Ray Conference, or ICRC 2019, is a physics conference organized biennially by the Commission on Astroparticle Physics (C4) of the International Union of Pure and Applied Physics (IUPAP) since 1947, where physicists from the world present the results of their research in Astroparticle Physics.

The meeting covers cosmic-ray physics, neutrino physics, gamma-ray astronomy, dark matter, particle astrophysics, and detector techniques in these fields.

The ICRC-2019 conference venue in Madison, WI, USA

This collection of the proceedings, in the intention of the editors, will provide a detailed state-of-the-art account of the status of the Astroparticle Physics topics discussed at the conference. We thank all the participants and contributors who made this possible.

The 36th conference, ICRC-2019, what held in Madison, Wisconsin, USA from July 24th to August 1st. At the ICRC 2019 open ceremony a public lecture was delivered by Prof. Alan Watson, from the University of Leeds. The conference proceedings are published in Proceedings of Science (PoS), the open access online journal organized by SISSA.

At ICRC-2019 I presented various contributions:

  • New results in solar modulation modeling in light of recent cosmic-ray data from space [arXiv:1908.01599]
  • Time lag in cosmic-ray modulation and global properties of the Solar Cycle [arXiv:1908.01598]
  • Precision Measurement of the Monthly Proton and Helium Fluxes in Cosmic Rays with the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station
The ICRC-2019 conference venue at the historic Memorial Union, on the banks of Lake Mendota in Madison, WI.