Presentazione

Organizzazione della Didattica

DM270
PHYSICS ORD. 2017

Multimessenger astrophysics

6

Physics of the fundamental interactions

 

Frontali Esercizi Laboratorio Studio Individuale
ORE: 48 0 0 85

Periodo

AnnoPeriodo
II anno2 semestre

Frequenza

Facoltativa

Erogazione

Lingua

Inglese

Calendario Attività Didattiche

InizioFine
02/03/202012/06/2020

Tipologia

TipologiaAmbitoSSDCFU
affine/integrativo Nessun ambitoFIS/056


Responsabile Insegnamento

ResponsabileSSDStruttura
Prof.ssa BERNARDINI ELISAFIS/01Dipartimento di Fisica e Astronomia "Galileo Galilei" - DFA

Altri Docenti

Non previsti

Attività di Supporto alla Didattica

Non previste

Bollettino

Il corso è indirizzato a studenti con basi di fisica delle particelle elementari e fisica nucleare.

Il corso è un'introduzione all'astrofisica multi-messaggera, da una prospettiva prevalentemente sperimentale. Gli argomenti includono (in Inglese): * particles' interactions in matter and interactions of astroparticles * cosmic rays and their interactions * acceleration of cosmic rays * propagation of cosmic rays through the galaxy and in extragalactic environments * interactions of cosmic rays in the atmosphere and production of secondary particles * direct and indirect measurements of cosmic rays * cosmic rays at the most extreme energies (UHECR) and their propagation * cosmogenic radiation and neutrinos * candidate sources of cosmic rays * multi-messenger approach: combining information from different types of particles and waves * gamma-ray astrophysics * multi-wavelength observations of astrophysical sources * neutrino astrophysics * gravitational waves

Lezioni frontali ed esercizi.

Il termine "multi-messaggero" è relativamente nuovo e sempre più in uso in astronomia e astrofisica. Si riferisce alla combinazione delle informazioni ottenute da diverse particelle e onde (messaggeri) per raggiungere una comprensione più esaustiva degli oggetti astrofisici che osserviamo. La luce visible rivela infatti solo una porzione dei misteri dell'Universo. Osservazioni astronomiche moderne combinano dati ottenuti a varie lunghezze d'onda, dal radio, ottico, fino agli estremi dello spettro elettromagnetico osservato, nei raggi gamma. Sorgenti in grado di emettere raggi gamma delle energie più estreme, sono ritenute in grado di accelerare particelle ad energie che eccedono quelle attualmente raggiungibili ai grandi laboratori per lo studio delle particelle e delle loro interazioni. Alcune di queste particelle accelerate da sorgenti astrofisiche possono raggiungere la Terra sotto forma di raggi cosmici, scoperti oltre 100 anni fa. Tali raggi cosmici possono interagire in prossimità delle sorgenti che li emettono, dando origine ad altre particelle secondarie, quali i neutrini e i raggi gamma. Mentre i raggi cosmici sono deviati dai campi magnetici intergalattici durante il loro cammino, neutrini e raggi gamma, essendo particelle neutre, mantengono memoria della loro direzione di origine. La loro traiettoria può quindi essere utilizzata per identificare le sorgenti astrofisiche che li hanno prodotti. I neutrini sono particelle evanescenti e molto difficili da rivelare. Sono necessari strumenti del volume dell'ordine di un kilometro-cubo per rivelare i neutrini di energie superiori alle decine di GeV. L'anno 2013 ha assistito alla scoperta dei neutrini di origine cosmica per mano dell'esperimento IceCube situato in Antartide, inaugurando una nuova finestra di osservazione dell'Universo. Gli oggetti astrofisici più estremi, legati agli eventi più violenti nel nostro Universo, sono spesso associati a buchi neri o oggetti compatti quali stelle di neutroni. Quando due corpi astrofisici di questo tipo orbitano in un sistema legato, sono ritenuti in grado di emettere onde gravitazionali. L'anno 2015 ha assistito alla prima rivelazione di onde gravitazionali (GW150914) emesse pochi istanti prima della fusione di due buchi neri, misurate dai rivelatori LIGO negli Stati Uniti. La scoperta è stata celebrata dal Premio Nobel per la fisica. L'anno 2017 ha vissuto il trionfo dell'astrofisica multi-messaggera con l'identificazione della prima sorgente di neutrini cosmici, la blazar TXS 0506+056, coadiuvata dalle osservazione elettromagnetiche che hanno risposto alla diffusione delle coordinate di un neutrino di alta energia, IceCube-170922A. Questo evento ha seguito di pochi giorni un'altro trionfo dell'astrofisica multi-messaggera: la rivelazione di onde gravitazioni (GW170817) dovute alla fusione di due stelle di neutroni e associate ad un lampo di raggi gamma (GRB 170817A). Entrambi i risultati dimostrano il potenziale dell'astrofisica multi-messaggera nell'osservare e comprendere i fenomeni più estremi e misteriosi nel nostro Universo. Questo corso ne illustra i fondamenti.

Esame orale.

1 - Capacita' di risolvere problemi ed esercizi sugli argomenti trattati nel corso. 2 - Capacita' di esporre in modo chiaro e consapevole i temi trattati nel corso.

De_Angelis, Alessandro; Pimenta, Mário João Martins, Introduction to particle and astroparticle physicsmultimessenger astronomy and its particle physics foundationsAlessandro De Angelis, Mario Pimenta. Cham: Springer, 2018 Longair, Malcolm S., High energy astrophysicsMalcolm S. Longair. Cambridge: Cambridge University Press, 2011 Spurio, Maurizio, The Probes of Multimessenger Astrophysics. : Springer, 2019 Perkins, Donald H., Particle astrophysicsD.H. Perkins. Oxford: Oxford University Press, 2009

Verranno utilizzati prevalentemente i libri di testo sotto indicati. Materiale integrativo (risultati sperimentali in forma grafica, materiale riassuntivo in formato PDF) verrà fornito durante le lezioni.