I raggi cosmici

D’Annunzio docet

Giorni fa, più precisamente il mercoledì 4 novembre, ho avuto l’occasione di partecipare al “cosmic day”, iniziativa di cui non avevo mai sentito parlare; tantomeno avrei mai sospettato che fosse stata organizzata dall’Università del Gran Sasso. Anzi, per me è stata a dir poco una sorpresa scoprire che a qualche decina di chilometri da me potesse stanziarsi uno dei pochi laboratori a livello internazionale a studiare le particelle cosmiche! Proprio io, che ritenevo l’Abruzzo terra ormai al degrado, io, che la guardavo con ribrezzo in attesa di migrare altrove, mi trovo qui invece a parlare di uno dei motivi per cui restare nella mia terra natia. D’Annunzio docet.

Quintessenza, o segnali interstellari?

Dovreste sicuramente avere una vaga idea di cosa mai possano essere le particelle cosmiche, una vaga, ma non definita idea, o quantomeno non precisa. Che voi vogliate paragonarla alla quintessenza aristotelica o a dei segnali giunti dallo spazio (se siete fan di Interstellar, aggiungereste anche “..segnali codificabili nel morse”), poco importa; di certo, vi approcciate ai raggi cosmici con grande stupore, meraviglia, curiosità.

Il che è sicuramente un buon inizio, per poter continuare in una lettura che potrebbe farsi più intricata e anche più interessante, per che no. L’intrico si trasforma in intrigo… sta a voi aggiungere una semplice linea immaginaria e disegnare il resto della “g”. Semplice no?

La scoperta dei raggi cosmici

Iniziamo passo dopo passo: sarebbe strano ritrovarci a parlare di raggi cosmici, così per caso, come se ad un tratto, nella storia della scienza, un uomo si fosse posto l’obiettivo di scoprire l’identità di strane radiazioni provenienti dallo spazio.

La radioattività naturale

La scoperta dei raggi cosmici vede, infatti, come passaggio propedeutico, lo studio relativo alle radiazioni, che aveva dato slancio anche alla medicina, mettendo a nudo il corpo umano e mostrandone le strutture ossee, cosa non da poco. Gli studi sulla radioattività si fecero sempre più capillari e ommicomprensivi: i fisici scoprirono la cosiddetta “radioattività naturale”, concernente l’emissione spontanea di particelle da parte di alcuni materiali dovuta alla presenza di radioattività nelle vicinanze, una forma di radioattività presente ovunque. La domanda per tutti i fisici del tempo si spostò a questo punto sulla provenienza di tali raggi immanenti. Unde? Da dove?

Il partito di Aristotele e il partito di Platone

Nel mondo degli scienziati del tempo serpeggiavano ipotesi plurime: si formarono dunque ben presto due partiti di pensiero. Li chiameremo, per ragioni esplicative: Partito di Aristotele e Partito di Platone. Se siete anche labilmente interessati al mondo della Filosofia, avrete certamente compreso il “dunque” del mio discorso. In breve, c’erano coloro che “puntavano il dito verso la Terra” e coloro che, come Platone, “puntavano il dito verso il Cielo”. I primi ritenevano che i raggi cosmici provenissero dal terreno, i secondi dal cielo, dallo spazio.

Come risolvere dunque l’arcano? Si pensò di controllare se l’effetto della radiazione diminuisse/aumentasse, a mano a mano che ci si allontanasse dal terreno. Ma di quanto occorreva allontanarsi? La domanda è retorica: di molto. Si pensò addirittura di effettuare le misurazioni sulla Torre Eiffel, la cui costruzione iniziò il 28 gennaio 1887. Il problema fu, a questo punto, individuare i temerari (ma al tempo stesso capaci) che sarebbero saliti sulla Torre Eiffel, al tempo la struttura più alta al mondo, con i suoi 300 metri di altezza.

“I temerari cosmici”

Padre Theodore Wulf (del partito di Aristotele) fu il primo ad indagare il fenomeno in modo sistematico e con un elettroscopio di particolare qualità. Appena acceso lo strumento con grande stupore si accorse che il segnale fornito dall’elettroscopio non era quello che aveva immaginato. Non era cioè diminuito come ritenuto.

Nel 1912, il fisico austriaco Victor Hess decise di effettuare un nuovo esperimento, per quei tempi innovativo e audace. Si trattava di portare lo strumento non a 300 metri dal livello del suolo, ma, udite udite, a migliaia di metri di altitudine con una mongolfiera. Si scoprì che ad un’altitudine pari a 5000 metri dal suolo il segnale raggiunse un livello addirittura doppio rispetto al segnale “di fondo” misurato al suolo.

Cosa sono i raggi cosmici?

Bene, dopo queste innumerevoli digressioni relative ai retroscena della scoperta dei raggi cosmici, ecco che ci troviamo, finalmente, a definirli propriamente.

In fisica i raggi cosmici sono particelle energetiche provenienti dallo spazio esterno, alle quali è esposta la Terra e qualunque altro corpo celeste, nonché i satelliti e gli astronauti in orbita spaziale. Si tratta di particelle elettricamente cariche costituite principalmente da protoni (circa per il 90%), nuclei di elio (circa 9%) e il rimanente 1% da tutti gli altri nuclei atomici della tavola periodica, elettroni e le rispettive anti-particelle.

I raggi hanno origine a livello galattico o extra-galattico, per poi colpire lo strato esterno dell’atmosfera: tali raggi sono dunque detti “raggi cosmici primari” e sono principalmente protoni di alta energia. Nel loro rapido viaggio verso la superficie terrestre, essi collidono con gli atomi dei gas atmosferici, creando, attraverso uno spettacolare processo moltiplicativo, cascate di nuove particelle ed antiparticelle che costituiscono i “raggi cosmici secondari”. Questo fenomeno è all’origine dei cosiddetti Sciami Atmosferici Estesi, una pioggia cosmica che investe la Terra. 

Sciami atmosferici Estesi, primari e secondari.

A cosa servono i raggi cosmici?

Studiare i raggi cosmici è importante per conoscere l’ambiente che ci circonda: in base a quanti e quali particelle (muoni, positroni et cetera) arrivano in prossimità del nostro pianeta, possiamo ottenere innumerevoli informazioni sulla loro origine. Lo scopo è dunque quello di conoscere in maniera omnicomprensiva il nostro Sole, il campo elettro-magnetico e lo spazio più generalmente, in vista soprattutto di eventuali viaggi spaziali.

I raggi cosmici sono delle chiavi che consentono dunque di giungere all’archè dell’universo, della vita, dell’apeiron cui ci affacciamo ogni giorno. Saranno proprio questi a offrirci la strada maestra? La risposta non è certamente immediata, tantomeno immediati sono i calcoli necessari a giungere ad una conclusione.