ETD system

Electronic theses and dissertations repository

 

Tesi etd-10022006-112246


Thesis type
Tesi di laurea specialistica
Author
Evoli, Carmelo
email address
carmelo.evoli@pi.infn.it
URN
etd-10022006-112246
Title
Emissione diffusa di neutrini dalla Galassia
Struttura
SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE E NATURALI
Corso di studi
SCIENZE FISICHE
Commissione
Relatore Prof. Cavasinni, Vincenzo
Relatore Dott. Grasso, Dario
Parole chiave
  • neutrini
  • raggi cosmici
  • astroparticelle
  • Galassia
Data inizio appello
20/10/2006;
Consultabilità
parziale
Data di rilascio
20/10/2046
Riassunto analitico
La fisica dei neutrini è uno dei settori più attivi nella ricerca teorica e sperimentale. Essendo particelle molto leggere e con una sezione d&#39;urto di interazione con la materia molto piccola, l&#39;indagine delle loro proprietà è allo stesso tempo impegnativa e stimolante. Infatti il loro carattere elusivo li rende efficienti portatori di informazione per numerose sorgenti astrofisiche. Non essendo deflessi dai campi magnetici e potendo attraversare enormi densità di colonna senza subire praticamente attenuazione, i neutrini possono fornirci indicazioni dirette delle caratteristiche dei siti in cui vengono prodotti che, in alcuni casi, sarebbero inaccessibili usando le altre forme di radiazione. <br><br>ANTARES e NEMO sono apparati sperimentali in fase di costruzione con lo scopo di rivelare i neutrini di alta energia che provengono dal cosmo. Saranno rivelatori Cerenkov posti in profondità nel Mar Mediterraneo, capaci di raccogliere la luce emessa dai muoni prodotti nelle interazioni di corrente carica dei neutrini muonici cosmici con l&#39;acqua o con il mantello terrestre così come gli eventi showers prodotti dai neutrini di qualunque flavor all&#39;interno del rivelatore. L&#39;intervallo di energia a cui saranno maggiormente sensibili è quello del TeV-PeV ed avranno una risoluzione angolare migliore di un grado. <br><br>Lo studio dei neutrini di energia dell&#39;ordine del TeV può aiutarci a svelare i meccanismi con cui vengono accelerate e propagate dai loro siti di accelerazione le particelle cariche che giungono di continuo sulla Terra e che sono note come Raggi Cosmici.<br><br>La teoria più accreditata per quanto concerne il meccanismo di accelerazione prevede che i raggi cosmici di alta energia (almeno fino all&#39;energia del ginocchio dello spettro, sebbene qualche modello spinga la stima ad energie più elevate) vengano accelerati dal frequente attraversamento del fronte di shock dei residui di un&#39;esplosione di Supernova. Sebbene la recente osservazione di fotoni di alta energia da alcuni di questi oggetti abbia fornito convincenti indizi a conferma di questo scenario, una prova definitiva della sua validità è ancora attesa. La rivelazione di neutrini di alta energia da queste sorgenti potrebbe fornire la chiara evidenza che un meccanismo capace di accelerare i nuclei è attivo. Il numero di eventi attesi da queste sorgenti nei telescopi di prossima generazione è di qualche neutrino per anno. <br><br>Il contributo maggiore al flusso osservato potrebbe però essere il segnale diffuso, complementare a quello delle sorgenti puntiformi nella identificazione dell&#39;emissione in neutrini del cielo. Per energie dell&#39;ordine del TeV il meccanismo che maggiormente può contribuire al flusso diffuso di neutrini è l&#39;emissione dall&#39;intera Galassia dovuta al decadimento dei mesoni prodotti nell&#39;interazione dei raggi cosmici galattici con il mezzo interstellare. I raggi cosmici di energia fino a 10^8 GeV sono difatti confinati all&#39;interno della Galassia (ovvero riescono ad uscirne dopo un tempo molto maggiore di quello di attraversamento lungo una linea diritta) a causa della presenza di un campo magnetico altamente turbolento che ne deflette continuamente le traiettorie. <br><br>Preliminare ad ogni tentativo di affrontare il problema dello studio della propagazione di queste particelle in termini di una equazione di diffusione è lo studio dettagliato della distribuzione delle sorgenti, del campo magnetico galattico e dello spettro spaziale della componente turbolenta. Infine, la distribuzione del mezzo interstellare, in quanto bersaglio del mare dei raggi cosmici, è un essenziale parametro del problema.<br><br>Nel presente lavoro è stato sviluppato un codice numerico per risolvere l&#39;equazione di diffusione che descrive la propagazione dei raggi cosmici nella Galassia. Poiché ad oggi i parametri fisici della Galassia sono solo parzialmente noti dalle osservazioni, la soluzione è stata ottenuta per diverse configurazioni dei campi magnetici galattici e della distribuzione delle sorgenti così come possono essere ricavate dai dati osservativi a disposizione e da considerazioni di plausibilità.<br><br>Le più importanti novità del codice presentato, rispetto a quanto già in letteratura, sono l&#39;uso di coefficienti di diffusione ottenuti da recenti simulazioni numeriche per il range di rigidità ed i livelli di turbolenza di interesse per il presente lavoro ed una analisi più dettagliata della struttura della Galassia.<br><br>Il passo successivo è stato di studiare il processo di emissione di neutrini nelle interazioni nucleo-protone, questo ha permesso di costruire una mappa del cielo in neutrini per ciascuna delle soluzioni ottenuta dall&#39;equazione di diffusione. Il confronto delle mappe simulate con quelle che saranno determinate sperimentalmente fornirà importanti informazioni sulle questioni relative alla propagazione dei raggi cosmici nella Galassia, in particolare di grande interesse astrofisico sarà la possibilità di indagare la distribuzione delle sorgenti, la struttura e l&#39;intensità dei campi magnetici galattici, la distribuzione del mezzo interstellare.<br><br>Le opportunità che esperimenti come ANTARES e NEMO mettono a disposizione, grazie alla buona risoluzione angolare e all&#39;efficace sottrazione del background dei neutrini atmosferici dovuta al loro particolare setup, hanno permesso di considerare nel presente lavoro, rispetto a quanto in letteratura, anche i neutrini compresi tra 10-100 TeV, il cui numero di eventi atteso è di circa un ordine di grandezza maggiore di quelli di energia più elevata.
File