Extreme Energy Events (EEE) - La Scienza nelle Scuole

L’obiettivo principale del Progetto è quello di capire dove, quando e come nascono i “raggi cosmici” primari (protoni o nuclei), che costituiscono la “cenere” del Big Bang e viaggiano per milioni e milioni di anni a partire dalle zone più remote dello spazio, ben oltre la Luna, il Sole e le Stelle visibili a occhio nudo.

Quando un protone cosmico incontra uno strato di materia, in particolare l’atmosfera terrestre, interagisce con i nuclei di cui è fatta la stessa materia. Nella interazione vengono
prodotte particelle dell’Universo Subnucleare che vivono pochissimo (frazioni di miliardesimi di secondo). Nella loro breve vita si trasformano in altre particelle il cui ultimo stadio sono i cosiddetti muoni. A livello del mare la massima parte della componente elettricamente carica dei raggi cosmici è fatta di muoni. I protoni cosmici primari di altissima energia generano “sciami” estesi, composti da numerosissimi muoni (tanto più numerosi quanto maggiore è l’energia del protone iniziale). L’impronta di uno sciame di altissima energia al suolo copre un’area che può arrivare a decine di chilometri quadrati. Questo progetto vuole affidare allo studio degli eventi cosmici di altissima energia (Extreme Energy Events), EEE, il compito di portare la Scienza nel cuore dei giovani. E infatti i raggi cosmici hanno un ruolo unico nella storia del mondo. Anzitutto la loro scoperta è giunta in modo totalmente inatteso. Osservando come si “scaricava” uno strumento inventato da Galvani i fisici di quei tempi - si era agli inizi del XX secolo - pensavano che fossero i “raggi” provenienti dalla Terra (era da poco stato scoperto il fenomeno della radioattività) a “scaricare” quello strumento. Decisero di fare misure ad altezze diverse e rimasero a bocca aperta quando scoprirono che più si andava in alto e più velocemente lo strumento si “scaricava”. I “raggi” che scaricavano lo strumento non venivano dalla Terra ma dal cielo. Anzi dal Cosmo.
Ci sono voluti diversi anni per arrivare a questa conclusione e il suo autore - Victor Franz Hess (1883-1964) - venne premiato col Nobel nel 1936. Il Nobel venne attribuito a Hess e a Carl David Anderson (1904-1984) che, proprio studiando i raggi cosmici con uno speciale strumento [la Camera a Nebbia inventata da Charles Thomson Rees Wilson (1869-1959)] immerso in un campo magnetico, era riuscito a scoprire l’antielettrone, il primo esempio di antiparticella, la cui esistenza era stata teoricamente prevista da Paul Adrien Maurice Dirac (1902-1984). Antiparticella cui avrebbe fatto seguito la scoperta trent’anni dopo dell’Antimateria Nucleare. La scoperta dell’antielettrone rappresenta la prima tappa dell’avventura scientifica che vogliamo portare nelle Scuole in quanto i raggi cosmici legano la loro esistenza - non solo alle grandi conquiste della Fisica del XX secolo - ma a tante discipline che sono di straordinario interesse, sia per la Scienza pura, sia per la vita di tutti i giorni. E per la stessa origine di quel fenomeno che permette il passaggio dalla materia inerte alla materia vivente. Appunto la vita, la quale per esistere ha bisogno delle “mutazioni” e delle “evoluzioni”. Le radici fisiche della mutazione potrebbero essere nella radiazione cosmica la quale è anche legata ai fenomeni climatologici a lunga e breve scala, come vedremo nel corso di questa esposizione. I raggi cosmici ci hanno fatto capire com’è fatta la materia a noi familiare portandoci dalla struttura di un granellino di sabbia a ciò che era il mondo pochi istanti dopo il Big Bang e a quello che in effetti potrebbe essere l’origine di tutto: il Supermondo con 43 dimensioni di cui le quattro a noi note (3 di Spazio e 1 di Tempo) non sarebbero che il risultato finale della nostra avventura cosmica iniziata venti miliardi di anni fa. I raggi cosmici portano con sè tanti messaggi.
Uno di questi è la loro distribuzione in energia. Più si va in alto, meno ce ne sono, esattamente come accade agli oggetti cosmici tipo asteroidi e comete al cui intenso bombardamento sono stati sottoposti sia la nostra Terra sia la nostra Luna in tempi lontani. Tra i due bombardamenti - dei raggi cosmici (fatti con protoni e nuclei di elementi diversi) e degli oggetti cosmici - non dovrebbe esserci alcun legame, nonostante la somiglianza esponenziale della loro legge di frequenza all’aumentare dell’energia. I raggi cosmici infatti vengono dalle profondità estreme dell’Universo mentre gli oggetti cosmici (asteroidi e comete) vengono dal Sistema Solare: gli asteroidi essenzialmente dalla “fascia” che si trova tra Marte e Giove e le comete dalle periferie del Sistema Solare. Anche se non c’è alcun legame tra due bombardamenti, i raggi cosmici portano a discutere e a mettere a confronto i due fenomeni. E portano anche a riflettere su cosa avrebbero pensato i nostri antenati se qualcuno avesse loro detto che un giorno, standosene nel cuore di una montagna, come sono i Laboratori del Gran Sasso, l’uomo sarebbe riuscito a vedere l’ombra del Sole e l’ombra della Luna grazie a “raggi” speciali che provenivano dalle più lontane sfere celesti. Sfere che noi sappiamo non esistere ma la cui non esistenza è legata all’avere capito - grazie ai raggi cosmici - cos’è veramente una Stella (candela che brucia di fuoco nucleare di fusione); candela che brilla più di neutrini che di luce; candela che viaggia a milioni di chilometri l’ora; candela che non ha alcun legame con le altre candele eccetto la forza di attrazione gravitazionale; candela che, se particolarmente potente, può essere l’origine di quei raggi la cui altissima energia noi cercheremo di misurare con precisione, ma la cui esistenza ci ha aperto gli occhi anche sulle più remote ere geologiche grazie allo studio della composizione “isotopica” degli elementi giacenti nei fondali marini.
Quanto precede è una sintesi dell’impatto che hanno i raggi cosmici nella cultura del terzo millennio e conseguentemente dei motivi che ci inducono a considerare i raggi cosmici lo strumento ideale per portare la Scienza nel cuore dei giovani. Il Progetto EEE è strutturato su base modulare e prevede che in numerose Scuole d’Italia (Licei o Istituti Tecnici) venga costruito un modulo di apparato sperimentale, ossia un “telescopio” di rivelatori denominati MRPC (Multigap Resistive Plate Chamber) dedicato all’osservazione e alla misura dei muoni cosmici.
In ogni Scuola i ragazzi parteciperanno alla realizzazione e alla messa in funzione del telescopio. Potranno così rendersi conto di come si passa da materiali di base apparentemente buoni a nulla, a uno strumento di altissima precisione. I dati che verranno raccolti in ciascuna Scuola saranno un contributo originale per lo studio dei raggi cosmici appartenenti alla classe EEE. Avendo a che fare con i raggi cosmici, nascerà nei ragazzi un interesse diretto per le problematiche i cui legami con i raggi cosmici saranno parte integrante della componente di Cultura Scientifica da trattare in relazione alla realizzazione del Progetto. Il Progetto EEE potrà dunque portare la Scienza nel cuore dei giovani attraverso un’azione di incentivazione culturale diretta, che nasce quando i ragazzi sentono di essere diventati protagonisti nella costruzione di uno strumento e nella elaborazione di dati che sono alle frontiere del pensiero scientifico.

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