Il Progetto CORAL – COsmic Rays Astroplano Lab

Giugno 24, 2025 Categoria: ,

Quattro studenti dei Licei del nostro Istituto hanno partecipato nel corso dell’anno al Progetto COsmic Rays Astroplano Lab (CORAL), che ha lo scopo di rivelare – cioè: svelare, mostrare – i muoni presenti nei raggi cosmici che colpiscono la Terra, utilizzando un apparato strumentale, chiamato AstroPlano, appositamente costruito dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare di Genova in collaborazione con il Liceo G. Casiraghi di Cinisello Balsamo. Quest’anno, infatti, il Liceo Casiraghi ha offerto la possibilità di utilizzare AstroPlano ad altre scuole, e la nostra scuola ha approfittato di tale opportunità.

Ma cosa sono i raggi cosmici e i muoni?

Tutte le stelle, le novae, le supernovae e i quasar emettono particelle ad alta energia che vengono “lanciate” in tutte le direzioni nello spazio, formando appunto i raggi cosmici. Tali particelle nel loro cammino incontrano altri oggetti celesti e, in una certa misura, raggiungono la Terra, investendo il nostro pianeta, la Luna, i satelliti artificiali costruiti dall’uomo e gli astronauti che vi si trovano a bordo.

Le particelle che raggiungono l’atmosfera terrestre, urtando le molecole e gli atomi che compongono l’atmosfera stessa, si suddividono (decadono) in altre particelle di diversa massa ed energia, dando luogo a vere e proprie cascate di particelle chiamate “sciami” di particelle.

Negli sciami sono presenti molti tipi di particelle: protoni, elettroni, nuclei di elio, fotoni, particelle di antimateria, fino agli elusivi neutrini; molte di queste particelle non riescono a raggiungere la superficie della Terra, altre sì.

Tra quelle che riescono spesso a raggiungere il pianeta vi sono i cosiddetti muoni, che sono particelle con una carica negativa pari a quella degli elettroni ma con una massa circa 200 volte maggiore. I muoni hanno un tempo di vita media molto breve: circa 2,2 milionesimi di secondo, poi decadono in altre particelle. Con questo tempo di vita medio, anche viaggiando alla velocità della luce, i muoni potrebbero percorrere solo poche centinaia di metri prima di decadere, mentre lo spessore della parte densa dell’atmosfera terrestre è di alcune decine di chilometri. Eppure i muoni arrivano fino alla superficie.

Questo fenomeno è possibile grazie alla relatività speciale di Einstein, secondo la quale non esiste un tempo assoluto: il tempo dipende dallo stato di moto del sistema di riferimento in cui lo si misura. In altri termini, quando un sistema è in movimento il tempo misurato è maggiore rispetto a quello rilevato da un sistema in quiete. Questo effetto fa sì che il tempo di decadimento di un muone che viaggia a una velocità prossima a quella della luce, misurato da un sistema solidale col muone, sia sufficientemente lungo per permettergli di arrivare sul nostro pianeta.

Il Progetto CORAL, ha lo scopo di rivelare i muoni che colpiscono la Terra utilizzando lo strumento AstroPlano, cioè un vero e proprio strumento di ricerca scientifica utilizzando un rivelatore di particelle ionizzanti che utilizza “scintillatori plastici” in configurazione tale da permettere di realizzare vari tipi di esperimenti: dalla “semplice” rivelazione di muoni, alla misura di alcune caratteristiche degli stessi, alla direzione da cui provengono.

Queste misure richiedono una accurata configurazione dello strumento (per eliminare effetti spuri o il classico rumore di fondo); una raccolta di dati che si prolunghi per parecchie ore (durante le quali è necessario monitorare il corretto funzionamento dello strumento); l’analisi dei dati stessi, effettuati con vari pacchetti SW messi a disposizione dal CERN di Ginevra.

Tutto questo richiede una adeguata preparazione da parte degli utilizzatori, tra i quali quest’anno erano presenti i quattro studenti dei Licei del Leone XIII che, per arrivare a comprendere i principi di funzionamento di AstroPlano, hanno seguito tre corsi di 10 ore ciascuno, e che alla fine hanno potuto partecipare a una fase di raccolta dei dati.

Le lezioni hanno affrontato parecchi argomenti: la fisica dei raggi cosmici; l’importanza di una misura accurata e le modalità con cui prendere una misura; nozioni di programmazione C; spiegazioni sui pacchetti SW del CERN di nostro interesse; descrizione di AstroPlano e modalità di utilizzo dello stesso.

Si è trattato quindi di un vero e proprio progetto di fisica sperimentale avanzata, condotto in stretta collaborazione con ricercatori dell’INFN, specialisti della materia. L’ambizione con cui si è attivato il progetto è quella di poterlo proseguire anche nei prossimi anni, allargando gradualmente il numero di studenti coinvolti, in modo da arricchire ulteriormente l’offerta didattica del Leone a campi scientifici fortemente innovativi.

Prof. Orio Tomagnini