• anisotropia di dipolo
• anisotropie
• armoniche sferiche
• elettroni
• Fermi-LAT
• limiti superiori
• raggi cosmici
• ray-tracing

La maggioranza dei raggi cosmici primari con energia al di sotto di 10^15–10^16 eV si ipotizza sia prodotta nella nostra galassia. Durante il trasporto dalle loro sorgenti al Sistema Solare, i raggi cosmici diffondono nel campo magnetico galattico, le cui irregolarità tendono ad isotropizzarne il flusso. La ricerca di anisotropie nelle direzioni di arrivo di elettroni e positroni dei raggi cosmici può fornire informazioni molto importanti sulle sorgenti in cui sono accelerati e sull'ambiente nel quale propagano. Contrariamente alla controparte adronica, gli elettroni ed i positroni perdono rapidamente energia attraverso l'emissione di radiazione di sincrotrone e per il processo di Compton inverso con i fotoni dei campi di radiazione interstellare. Per questo motivo elettroni e positroni di alta energia (100 GeV–1 TeV) devono necessariamente essere originati da sorgenti relativamente vicine alla Terra (~ kpc) e potenzialmente distribuite in modo anisotropico. La rivelazione di un flusso in eccesso potrebbe permettere di identificare tali sorgenti e vincolare i modelli di propagazione diffusiva nella galassia. Inoltre, i risultati dello studio delle anisotropie potrebbero aiutare a risolvere la questione aperta sulla frazione di positroni crescente sopra l'energia di ~ 10 GeV. Nel caso di scenario dominato dalla dark matter è attesa un'anisotropia di dipolo allineata con la direzione del centro galattico, dove la densità di materia oscura è maggiore. Diversamente, nel caso di spiegazione di origine astrofisica (ad esempio pulsar come Vela e Monogem), è atteso un eccesso verso tali sorgenti, poste prevalentemente nella direzione opposta del centro galattico.

I dati raccolti dal Large Area Telescope a bordo del satellite Fermi costituiscono un'opportunità unica per questa tipologia di studi. Grazie alla grande accettanza angolare ed alla durata della missione, Fermi ha rivelato nel corso di sette anni quasi 10 milioni di elettroni e positroni con energia superiore a 60 GeV. L'analisi aggiornata utilizzando tutti i dati e la nuova analisi a livello di evento (che va sotto il nome di Pass 8) è destinata a rimanere la misura di riferimento per molti anni.

L'obiettivo di questa tesi è stata la messa a punto di una catena completa di analisi per lo studio delle anisotropie con il LAT e la verifica e l'ottimizzazione delle varie componenti usando sia simulazioni Monte Carlo che dati di volo. Vengono prima di tutto discusse in modo dettagliato le tecniche di analisi impiegate per lo studio delle anisotropie nelle direzioni di arrivo. La ricerca viene eseguita senza assunzioni a priori sulla direzione, sulla scala angolare o lo spettro energetico di un potenziale segnale. I metodi utilizzati prevedono sia un confronto diretto, in ogni direzione nel cielo opportunamente pixellizzato, tra il numero di eventi attesi in base all'esposizione del telescopio e quelli effettivamente rivelati, sia un'espansione delle relative fluttuazioni in serie di armoniche sferiche. Il processo di selezione costituisce una fase fondamentale dell'analisi, necessaria per estrarre la componente elettronica dal fondo costituito da protoni e particelle alfa, il cui flusso sommato supera di oltre 3 ordini di grandezza il segnale ricercato. I tagli di selezione definitivi sono ancora in fase di sviluppo nel contesto dell'analisi dello spettro svolta dalla collaborazione Fermi-LAT, ed una versione preliminare di essi è stata impiegata nel presente lavoro. L'utilizzo di una simulazione Monte Carlo di elettroni, associata ad un'orbita realistica del satellite, ha permesso la costruzione di un set di dati simulato su cui testare gli strumenti software sviluppati. La tecnica del ray-tracing (che consiste nel determinare numericamente la traiettoria delle particelle nel campo magnetico terrestre) è stata usata per ottimizzare un taglio di selezione aggiuntivo per la rimozione delle particelle secondarie e costituisce una delle differenze sostanziali rispetto alla precedente analisi. Il campione di dati analizzato corrisponde ad un intervallo di tempo pari a quattro mesi (da Gennaio ad Aprile 2011), funzionale al presente scopo senza condizionare la futura analisi blind sul dataset completo. I limiti al grado di anisotropia di dipolo ottenuti sono in linea con quelli attesi riscalando opportunamente i risultati pubblicati nel 2010 con un anno di dati. Infine, attraverso una simulazione Monte Carlo dedicata è stato valutato il livello di sensibilità previsto per Fermi con i sette anni di presa dati. Lo studio eseguito in questo lavoro di tesi, insieme ai risultati dell'analisi finale sul dataset completo, saranno oggetto di una pubblicazione da parte della collaborazione Fermi-LAT, prevista nel corso del prossimo anno.