mercoledì 28 novembre 2012

Un rivelatore di particelle elementari nascosto nella vostra macchina fotografica

La foto della galassia, con il raggio
cosmico indicato dalla freccia
Lo sviluppo delle macchine fotografiche digitali ci consente di avere a nostra disposizione uno strumento astronomico potentissimo, anche senza utilizzare un telescopio. In alcuni post precedenti è stato accennato a come osservare pianeti e  lune, studiare  la luce delle stelle ed  effettuare anche  una semplice analisi spettrale.

Il rivelatore al silicio della macchina fotografica può essere utilizzato anche come rivelatore di particelle elementari. I raggi cosmici che colpiscono la terra sono per lo più assorbiti dall'atmosfera terrestre, per cui al livello del suolo abbiamo per lo più muoni, fratelli maggiori degli elettroni in quanto più massivi. 
Nel corso di una sequenza di foto ho avuto la fortuna di trovare una traccia di un raggio cosmico che ha colpito direttamente la CCD della macchina fotografica. Non si tratta di luce, in quanto le stelle - idealmente puntiformi - appaiono nella foto come piccoli dischi di qualche pixel di estensione. 



E' possibile cercare di risalira a che particella fosse da questi indizi:

Uno zoom del raggio cosmico, la cui interazione
con il sensore della macchina fotografica
ha dato la traccia bianco/porpora verticale.
I cerchietti luminosi sono le stelle, non
perfettamente a fuoco. 
1) Il sensore della Canon Kiss X3 è 22.3 * 14.9 mm, con ciascun pixel delle dimensioni di 4.7 micron. La traccia è lunga circa 90 pixel, quindi circa 450 micron nel silicio.

2)  L'elevato rilascio di energia ha prodotto una traccia molto "luminosa", bianco / violetta, probabilmente originata in basso a sinistra e diretta verso l'alto a destra. 
3) La traccia non è perfettamente dritta probabilmente per lo scattering multiplo del raggio cosmico nel silicio, che si comporta come la pallina nel flipper microscopico del sensore della macchina fotografica.

 Anche se i muoni sono le particelle maggiormente presenti nei raggi cosmici, la loro interazione è quasi trascurabile e per lo più eliminata dal coating  di protezione del sensore (che scherma anche dalle particelle radioattive). Le CCD astronomiche sono più sensibili ai raggi cosmici perché volutamente sprovviste di questa protezione. Un protone di bassa energia si sarebbe fermato prima e soprattutto sarebbe "rimbalzato" di meno nel silicio del sensore. 
L'indiziato principale dovrebbe essere un elettrone od un positrone (elettrone positivo), prodotto nelle  interazioni nell'atmosfera.

Il numero di eventi è comunque molto basso, uno per nottata o meno, ma ciò non dovrebbe far scoraggiare. L'esperimento è molto semplice e può essere ripetuto dentro casa, avendo cura di lasciare la macchina fotografica in condizioni di buio perfetto.

Sommando qualche decina di foto si evidenzia
la traccia delle stelle nel cielo notturno.
La galassia appare come una nuvola indistinta.