Benedetto D'Ettorre Piazzoli

Dipartimento di Fisica e Sezione INFN di Napoli

Il 4 giugno scorso a YanBaJing in Tibet, a 4.300 metri di altezza, è stato formalmente consegnato il laboratorio d’alta quota ove si sta installando il rivelatore di radiazione cosmica ARGO e dato il via ufficiale al progetto ARGO-YBJ (ARGO a YanBaJing).

. AII'inaugurazione dell'osservatorio, copresieduta dal Vice Direttore Generale per le Scienze di Base del Ministero della Ricerca Scientifica Shao Liqin e dall'Addetto Scientifico dell'Ambasciata d’Italia dr. Stefano Zirilli, hanno presentato indirizzi di saluto l'Ambasciatore d'Italia a Pechino Paolo Bruni, il Presidente dell'INFN prof. Enzo Iarocci, il Direttore del Progetto prof. Benedetto D'Ettorre e per parte cinese il Presidente della Regione Autonoma del Tibet, Nian Que, il Vice Ministro della Ricerca sig. Ma Songde, il Vice Presidente dell'Accademia delle Scienze Cinese sig. Bai Chunli, il Vice Direttore Generale della Fondazione per le Scienze Naturali prof. Wang Jie, il Direttore dell'Istituto per la Fisica delle Alte Energie prof. Chen Hesheng, il Direttore del progetto ARGO-YBJ prof.Tan Youbeng.

Il progetto ARGO-YBJ è una collaborazione promossa dall’INFN e da istituzioni cinesi (Accademia delle Scienze Cinese e Ministero della Ricerca Scientifica e Tecnologica) per la realizzazione di un osservatorio di radiazione cosmica in alta quota, nel quadro della cooperazione Italia-Cina.

L’apparato di ARGO sarà completato nel 2004, ma già alla fine del presente anno, inizierà la presa dati con una porzione ridotta dell’ esperimento. Ciò consentirà ai fisici impegnati nell’esperimento, una cinquantina di italiani di varie sedi ed altrettanti provenienti da istituti e università cinesi e dall’Università del Tibet, di ottimizzare sia i programmi di gestione e controllo dell’apparato che quelli per l’analisi dei dati.

Le motivazioni scientifiche

ARGO-YBJ è un esperimento dedicato alla osservazione di raggi gamma (fotoni) di altissima energia generati da sorgenti cosmiche sia galattiche che extragalattiche. Essi non sono altro che una forma di radiazione elettromagnetica di altissima frequenza, che costituisce quella componente dell’universo detta radiazione non-termica in quanto non generata dal moto disordinato di atomi o molecole come avviene nelle stelle ordinarie, ad esempio il Sole, ma prodotta e accelerata in particolari sistemi (supernove, stelle di neutroni, buchi neri) ove processi collettivi riescono a generare particelle di energie asssolutamente irraggiungibili nei nostri laboratori. I “quanti” (fotoni) della radiazione elettromagnetica che ARGO si propone di osservare sono circa mille miliardi di volte più energetici di quelli della luce visibile!

L’osservazione dell’universo non-termico complementa ed estende quella tradizionale dell’universo termico realizzata con strumenti che operano nel radio, nell’infrarosso, ottico, ultravioletto e in banda X.

Tra le sorgenti di fotoni più misteriose, che potranno essere studiate da ARGO, sono quelle che generano i Gamma Ray Bursts (GRB), eventi osservati per la prima volta negli anni ’70 casualmente da satelliti spia americani (per questo tali osservazioni rimasero segrete per un certo periodo di tempo). I GRB sono “esplosioni” improvvise della durata da frazioni di secondo a centinaia di secondi. Sono eventi di straordinaria potenza: negli istanti di maggiore intensità l’energia emessa supera quella prodotta da tutte le stelle della galassia in un anno intero!

Cosa presieda a questo misterioso e straordinario fenomeno non è chiaro e, ovviamente, oggetto di infinite speculazioni teoriche: tra le tante alternative si ipotizza la fusione di stelle di neutroni o buchi neri, processo che comporterebbe anche l’emissione di onde gravitazionali. Per questo motivo ARGO opererà anche in correlazione con osservatori di onde gravitazionali come l’esperimento italo-francese VIRGO

La tecnica sperimentale

La ricerca in questo settore richiede una tecnologia analoga a quella sviluppata per esperimenti agli acceleratori deigrandi Laboratori ­ ma ora la “macchina” è un acceleratore cosmico.

ARGO farà uso di rivelatori sviluppati in Italia per esperimenti al CERN di Ginevra o in altri Laboratori. Tali rivelatori, racchiusi in scatole di alluminio lunghe 3m e larghe 1,5m, saranno posti l’uno accanto all’altro senza soluzione di continuità nel Laboratorio di Yanbajing sino ad occupare una superficie grande quanto un campo di calcio.

Quando i fotoni d’alta energia, provenienti dagli spazi cosmici, raggiungono la Terra, urtano con gli atomi dell’atmosfera terrestre generando, in un processo a cascata, uno sciame di particelle, comprendenti una grande quantità di elettroni e positroni che costituiscono una sorta di disco che viaggia alla velocità della luce. [nota 2]

Il disco ha forma sferico-parabolica, grosso modo come una lente a contatto, con spessore di qualche metro ed un diametro di circa 60 metri. Sono proprio le centinaia di particelle di questo disco che vengono “fotografate” dai rivelatori di ARGO consentendo una accurata ricostruzione del disco stesso e quindi anche della direzione d’arrivo del fotone che lo ha generato. ARGO-YBJ sarà quindi in grado di “puntare” ad una qualsivoglia direzione nel suo ampio campo di vista con i suoi 18.500 “occhi” (tanti sono gli elementi sensibili) raggiungendo una precisione angolare di qualche decimo di grado. Queste peculiari caratteristiche consentiranno l’identificazione dei rari fotoni di altissima energia provenienti dagli spazi galattici ed extragalattici, nascosti e confusi tra i ben più numerosi (circa diecimila volte!) raggi cosmici che raggiungono la Terra.

Le caratteristiche dell’apparato state verificate con successo da un prototipo su scala ridotta (~50 m2) di ARGO-YBJ che ha funzionato nel 1998-1999 nel Laboratorio di Yangbajing fornendo eccellenti risultati e informazioni utili per progettare l’esperimento nella sua interezza.

Perché a 4300 m di altezza?

Ad alta quota il disco dello sciame è particolarmente ricco di elettroni e positroni, la cui quantità invece decresce man mano che ci si avvicina al livello del mare. In altre parole, l’atmosfera terrestre funziona dapprima come “amplificatore” ­ un fotone primario genera migliaia di elettroni e positroni ­ ma poi come “assorbitore” quando queste particelle perdono la loro energia negli strati più bassi e densi dell’atmosfera stessa.

Il Laboratorio di Yangbajing è attualmente il più alto sito al mondo che possa ospitare un esperimento delle dimensioni di ARGO-YBJ in condizioni ambientali particolarmente favorevoli. Si trova a circa 90 km da Lasa, la capitale del Tibet, facilmente raggiungibile con strada asfaltata, fornito di potenza elettrica, telefono, telefonia GSM, e presto sarà collegato con l'Italia via INTERNET. La località, che gode di un clima relativamente mite tanto che non nevica mai, consiste in un vasto bacino abitato di circa 80 km2 ove pascola libera una incredibile quantità di yak (il bue tibetano) pecore, capre e cavalli. Una singolare e suggestiva realtà ove tradizioni millenarie e tecnologia d’avanguardia conviveranno per molti anni.

ARGO nel contesto internazionale

La ricerca di fotoni d’altissima energia è stata condotta sinora con rivelatori particolari (i cosiddetti telescopi “Cerenkov”) che, pur dotati di grande sensibilità, devono essere puntati in direzioni note prefissate e possono lavorare solo nelle notti senza luna. Essi hanno già mostrato l’esistenza di alcune sorgenti di tali fotoni, ma la loro capacità di scoperta è per i motivi menzionati fortemente limitata. Per contro ARGO, come il mostro mitologico con cento occhi (o mille, a seconda delle differenti mitologie) mai tutti dormienti contemporaneamente, osserverà con continuità quasi tutta la volta celeste dell’emisfero nord, in attesa, senza sosta, di rivelare fotoni da qualsivoglia direzione provengano nel suo ampio campo di vista.

Un solo altro esperimento al mondo, MILAGRO a 2700m di altezza vicino a Los Alamos (USA) svolgerà una ricerca analoga a quella di ARGO se pur con tecnica completamente diversa: in MILAGRO, infatti, il disco dello sciame investe una ampia piscina generando ivi della luce rivelata da dispositivi fotosensibili. I due esperimenti si complementeranno in quanto entrambi alla stessa latitudine ma distanti in longitudine di circa 180 gradi: in virtù della rotazione della terra, ARGO e MILAGRO esploreranno le stesse porzioni della volta celeste con circa 12 ore di differenza.

Fisici italiani, cinesi, tibetani, americani coopereranno quindi a scandagliare una gran parte del cosmo alla ricerca dei fotoni di altissima energia e delle loro misteriose sorgenti. Ancora una volta la scienza e la ricerca fondamentale diventano uno dei canali più importanti per favorire l’incontro tra popoli di differenti culture e tradizioni.

Dall’intervento dell’ l'Ambasciatore d'Italia a Pechino Paolo Bruni

È un grande piacere partecipare alla Cerimonia Inaugurale del Joint Astrophysics Observatory di Yangbaijing. È il punto di partenza di una cooperazione a lungo termine (l’osservatorio funzionerà per decenni), nella quale i partecipanti avranno il privilegio di affrontare uno dei temi più affascinanti della conoscenza. Attraverso l’approfondimento della comprensione delle leggi della natura rafforzeremo le basi per ulteriori progressi dell’umanità.I nostri fisici svilupperanno teorie avanzate e le proveranno estensivamente grazie a rivelatori sofisticati, come quello qui realizzato. Spiegare il comportamento della Natura e comprenderne leggi fondamentali migliora la capacità dell’umanità di affrontare le sfide del futuro. I governi cinese ed italiano considerano la ricerca in fisica come un’area importantissima di cooperazione bilaterale. Questo laboratorio congiunto, nel quale sono coinvolte le più importanto organizzazioni scientifiche ed università di entrambi i paesi, con un investimento di circa 8 milioni di Euro, è la prova concreta dell’impegno dei governi italiano e cinese nel riconoscere questa priorità. Sono certo che nel futuro verranno realizzate altre iniziative nello spirito di amicizia e mutuo interesse tra le nostre istituzioni di ricerca, in questo così come in altri campi. In conclusione, è per me un grande piacere congratularmi con l’Istituto di Fisica delle Alte Energie dell’Accademia Cinese delle Scienze e l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) per questa realizzazione e auguro a tutti voi buon lavoro e risultati fruttuosi nell’espandere le frontiere della fisica moderna