mercoledì 15 giugno 2016

L'esperimento spaziale PAMELA compie dieci anni

In questi giorni l’esperimento spaziale PAMELA (in cui lavoro)  ha compiuto dieci anni.
Il lancio (qui il video)  dello spettrometro magnetico è avvenuto  il 15 giugno 2006 dal cosmodromo di Bajkonur (Kazakistan), la stessa rampa usata per il satellite  Sputnik e per il volo di Yuri Gagarin.
Lo strumento, del peso complessivo di 470 kg ed alto circa 1.3 m, è alloggiato in un contenitore pressurizzato nel satellite russo Resurs DK1 ed è composto di una serie di  rivelatori rivolti allo studio dei raggi cosmici, ossia elettroni, protoni e nuclei presenti nella nostra galassia.
tracce
Alcuni raggi cosmici osservati con PAMELA. Sinistra:Elettrone (0.171 MeV). La particella entra dall’alto della figura colpendo due barre dello scintillatore posto in cima (S1) e sopra il magnete (S2). La sua traiettoria - curvata dalla presenza del campo magnetico - è rivelata dalle microstrip al silicio del tracker. La particella interagisce successivamente con lo scintillatore di fondo (S3) prima di essere assorbita dal calorimetro tracciante al silicio tungsteno. Centro: Positrone di 0.169 MeV. Le interazioni con l’apparato sono le stesse quelle dell’evento precedente ma la curvatura è nel verso opposto. Destra: un protone di 36 GeV. La sua alta energia fa sì che la curvatura nel magnete sia molto ridotta. È visibile lo sciame adronico prodotto dall’interazione con il calorimetro, la carica rilasciata nello scintillatore di coda (S4) ed i neutroni prodotti nello sciame e rivelati nel rivelatore di neutroni.
Nel corso dei suoi primi dieci anni di vita PAMELA ha fornito dati di estrema precisione che hanno mutato la nostre conoscenze sulla fisica dei raggi cosmici, galattici, solari e intrappolati intorno alla terra (qui i risultati principali su NatureSciencePhysical review letters).
Tra le varie scoperte citiamo quella di una fascia di antiprotoni intrappolata intorno alla terra. Gli antiprotoni, identici ai protoni ma con carica opposta, sono prodotti negli urti dei raggi cosmici primari con l’atmosfera terrestre e rimangono poi intrappolati nel campo geomagnetico. Purtroppo le quantità di antimateria sono troppo piccole per sfruttarle come forma di energia e meno che mai per realizzare una bomba (senza contare che i metodi di confinamento per una bomba di antimateria sono ben oltre le nostre possibilità tecniche ed energetiche).
Tra gli altri risultati vi è la misura della componente di antimateria, antiprotoni e positroni, presente nei raggi cosmici. L'importanza di questa misura risiede nella possibilità di rivelare la presenza indiretta di materia oscura. 
protonere
Produzione di antiprotoni nel mezzo interstellare o in prossimità della terr . I protoni relativistici, accelerati nell'esplosione di supernovae, urtano con quelli in quiete della polvere galattica o con gli strati superiori della nostra atmosfera. Dalla collisione viene prodotto un antiprotone ed un protone (per conservazione della carica e del numero barionico).
Le misure di PAMELA, pubblicate su Nature nel 2009  (Nature 458, 607-609 (2009)una copia è disponibile qui), hanno raggiunto per la prima volta  l'energia di 100 GeV. Il quadro che emerge è sconcertante e stimolante allo stesso tempo: il numero di antiprotoni appare coerente con quanto aspettato da una produzione normale, mentre quello di positroni mostra un aumento significativo al di sopra di 10 GeV. Sono state avanzate varie ipotesi sulla natura di questo aumento inaspettato (confermato negli da altri esperimenti come FERMI  e AMS che ha leggermente esteso l’intervallo energetico) di positroni di alta energia. La più interessante è che siano prodotti dalla annichilazione di materia oscura, anche se sorgenti astrofisiche come le pulsar potrebbero contribuire in parte al flusso di positroni osservato.
darkmatter
Possibile produzione di particelle secondarie a seguito dell'annichilazione delle particelle di materia oscura.

giovedì 2 giugno 2016

Indizi di quinta forza e materia oscura?

Presentazione standard1
Tasselli di un puzzle. O forse  tasselli di puzzle diversi. O più probabilmente due tasselli, un biscotto e un lego. Questo è lo stato della fisica fondamentale in questi ultimi anni. I pezzi principali sul tavolo sono:

  1. Materia Oscura Tutti cercano – con disperazione crescente – la materia oscura, che costituisce il 23% della massa dell'universo. È quasi un secolo che ne è nota l’esistenza dal movimento delle galassie e degli ammassi di galassie, ma fino a ora tutti gli esperimenti costruiti per rivelarla non ne hanno trovato traccia.

lunedì 23 maggio 2016

Osservare e fotografare Marte vicino alla Terra nel maggio 2016

Photo of Mars
Foto di Marte presa da Hubble (NASA)
Marte raggiungerà il punto di massima vicinanza dalla Terra il 30 maggio 2016. In questi giorni entrambi i pianeti si trovano infatti ‘dalla stessa parte’ del sistema solare. La terra è per definizione ad una unità astronomica dal sole (1. U.A., circa 150 milioni di km) e Marte orbita a 1.38 U.A., la distanza minima è 0.38 U.A. e quella massima è 2.38 U.A.  L’inclinazione e l’eccentricità delle orbite è tale che nel prossimo maggio la distanza sarà però di 0.49 U.A.  Anche se non sarà grande come la Luna, è un’ottima occasione per ammirarlo nel cielo e tentare di fotografarlo. Tra aprile e maggio si troverà nella costellazione dello scorpione, e ci sarà anche Saturno da quelle parti.








Le orbite e le posizioni relative dei pianeti interni a fine maggio 2016
Le orbite e le posizioni relative dei pianeti interni a fine maggio 2016

Le tecniche per fotografare il pianeta rosso sono simili a quelle già descritte al tempo della cometa Lovejoy.
L’ideale è utilizzare una macchina con fuoco manuale (reflex o semicompatta) su  un treppiede. Se la lente ha l’opzione per attenuare le vibrazioni va disabilitata (altrimenti l’elettronica cerca di compensare vibrazioni che non ci sono). Se la macchina è una compatta che non consente l’impostazione manuale del fuoco provare con l’opzioni ‘stelle’ o ‘panorama’.





Marte e Saturno nella costellazione dello Scorpione
Marte e Saturno nella costellazione dello Scorpione
Mettere lo zoom al massimo e – con la massima apertura che la lente consente – provare varie esposizioni,  partendo da un secondo e riducendo gradualmente il tempo di esposizione.  
A seconda dell’ottica dovrebbe essere possibile vedere le dimensioni  fisiche del pianeta, che dovrebbe apparire più grande delle stelle, che non sono puntiformi per via delle dispersioni dell’ottica.





marsx
Marte con Canon Powershot SX30IS ISO 800 F5.8, massimo zoom (840mm equivalente) 0.25s. Il  4/5/2016 la distanza da Marte era R =0.56504 UA 84.5 Mkm (calcolata con Celestia). Sulla macchina fotografica il pianeta occupa P=26 pixel di raggio (anche se non è possibile distinguere dettagli). Dato che il diametro  di Marte è D=7380km abbiamo una risoluzione angolare teorica pari a D/(R*P)=3.6microradianti/pixel.






Marte il 21/5/2016, Canon Kiss X3  f5.6 1/100s fl300
distanza 0.51129 UA  = 76.5Mkm 2.35microradianti/pixel.  Va notato che se l'esposizione è lunga la dispersione atmosferica fa apparire il pianeta più grande del reale.


Se avete la possibilità di fare foto in giorni diversi  è possibile vedere la variazione di luminosità del pianeta (tenendo le stesse impostazioni ) e vedere il pianeta spostarsi rispetto alle “stelle fisse”.
Avviso ai naviganti: anche se Marte è vicino alla Terra, questo è  il periodo peggiore per partire. Infatti per la terza legge di Keplero la velocità orbitale terrestre è maggiore di quella di Marte e – per un’orbita di trasferimento di minimo consumo (Hohmann) – occorre partire quando il nostro pianeta si trova indietro rispetto a Marte.