Course Syllabus
Obiettivi
Introdurre la fisica dei Raggi Cosmici e la loro
rilevanza in astrofisica, le sorgenti di produzione, gli ambienti e i processi di propagazione
Contenuti sintetici
Sono descritti i Raggi cosmici (RC), con
riferimento ai dati sperimentali esistenti, la loro composizione e le loro
proprietà. I principali argomenti del corso saranno: l’origine dei RC, le sorgenti astrofisiche e i processi di
accelerazione; la propagazione dei RC nella galassia e l’interazione con
il mezzo interstellare; la
modulazione solare e l’interazione dei RC con il vento solare; l’interazione dei RC con il campo magnetico e l'atmosfera terrestre; la rilevanza dei Raggi Cosmici in fisica fondamentale e in cosmologia.
Programma esteso
- Proprietà osservative dei Raggi Cosmici: distribuzione spettrale, densità di energia e composizione. Principali risultati scientifici ottenuti attraverso l'osservazione dei RC, attività sperimentali in corso da terra e dallo spazio.
- L'origine dei Raggi Cosmici: i processi di accelerazione e le principali sorgenti astrofisiche galattiche ed extragalattiche.
- La propagazione dei RC nella galassia e l’interazione con il mezzo interstellare: i modelli diffusivi ed il confinamento, i meccanismi di perdita di energia e la radiazione prodotta dai RC, i processi di spallazione e la produzione della componente secondaria.
- La modulazione solare e l’interazione dei RC con il vento solare: l'attività magnetica del sole, l'emissione particellare del sole, l'eliosfera.
- L’interazione dei RC con in campo magnetico e l'atmosfera terrestre: i fenomeni di intrappolamento e taglio geomagnetico, la produzione di sciami atmosferici e l'osservazione di RC di altissima energia.
- La rilevanza dei Raggi Cosmici in fisica fondamentale e in cosmologia: i segnali di nuova fisica, la ricerca di materia oscura, la ricerca di antimateria cosmologica, i RC di origine extragalattica.
Prerequisiti
conoscenza della fisica di base della laurea
triennale
Modalità didattica
lezioni frontali
Materiale didattico
- Materiale ed appunti utilizzati durante le lezioni frontali, fornite dal docente.
- Testi di riferimento per approfondimenti: a) High Energy Astrophysics, M.S. Longair, Cambridge University press, third edition, ISBN 978-0-521-75618-1; b) Space Physics – An introduction, C.T. Russel, J.G. Luhmann, R.J. Strangeway, Cambridge University press, ISBN 978-1-107-09882-4.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Valutazione finale con voto in trentesimi, attraverso un colloquio orale nel quale lo studente discuterà una presentazione su uno degli argomenti del corso, a scelta dello studente.
Orario di ricevimento
Ogni lunedì lavorativo durante il periodo delle lezioni, dalle 12:30 alle 13:30, salvo aggiustamenti in caso di modifica dell'orario delle lezioni. Negli altri periodi su appuntamento.
Aims
Introduce physics of Cosmic
Rays and their relevance for Astrophysics, production sources, propagation environments and processes
Contents
Cosmic rays (CR) are described in relation to observations, their composition and properties. Main topics are: origin
and astrophysical sources of CR; acceleration processes; interaction with interstellar
medium; propagation in the Milky Way; interaction with solar wind; propagation
in the heliosphere; interaction with the Earth magnetic field and atmosphere; CR studies in relation to fundamental physics and cosmology.
Detailed program
- Observational properties of Cosmic Rays: spectral intensity, energy density and composition. Main scientific results observing CR, current experimental activities from the ground and in space.
- Origin of CR: acceleration processes, galactic and extragalactic astrophysical sources.
- Interaction of CR with interstellar medium and propagation in the Milky Way: diffusive models and confinement processes, energy loss processes and electromagnetic radiation from CR, spallation processes and secondary component production.
- Interaction with solar wind and solar modulation: solar magnetic activity, solar particle emission, heliosphere.
- Interaction with the Earth magnetic field and atmosphere: radiation belts and geomagnetic cut-off, extensive air showers and observations of highest energy CR.
- Relevance of Cosmic Rays for fundamental physics and cosmology: new physics reserch, Dark Matter, Cosmologic Anti-matter, CRs of extragalactic origin.
Prerequisites
knowledge of the
previous courses of physics
Teaching form
front teaching
Textbook and teaching resource
- Slides and notes of the lectures, provided by the lecturer.
- Reference textbooks: a) High Energy Astrophysics, M.S. Longair, Cambridge University press, third edition, ISBN 978-0-521-75618-1; b) Space Physics – An introduction, C.T. Russel, J.G. Luhmann, R.J. Strangeway, Cambridge University press, ISBN 978-1-107-09882-4.
Semester
Second semester
Assessment method
Final assessment with score up to 30, by interview consisting of a presentation and a discussion on one of the topics treated in the course, as a student choice.
Office hours
Tentatively every working Monday during the course, from 12:30 pm to 1:30 pm. Otherwise on request. This calendar is depending on the final lectures timetable.
Staff
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Massimo Gervasi