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ANNIVERSARI/ Da cent’anni i raggi cosmici parlano italiano

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Ma cosa sono i raggi cosmici? Sostanzialmente sono protoni (per il 90%), nuclei di Elio, cioè particelle alfa (due protoni e due neutroni), altri nuclei leggeri, gli ormai celebri neutrini, fotoni o particelle di antimateria, come positroni (anti-elettroni) o antineutrini. L’oggetto che permise la scoperta è l’elettroscopio. È uno strumento semplicissimo: a un’estremità di una piccola asta metallica si attaccano due foglie d’oro e l’asta è infilata in un tappo di materiale isolante che chiude un contenitore di vetro, in modo che le due foglie siano all’interno del vetro. Avvicinando un conduttore carico all’estremità libera dell’asta accade che le due foglie, per effetto dell’uguale carica, si distanziano l’una dall’altra. Le foglie si possono riavvicinare facendo scaricare l’elettroscopio: basta avvicinare un conduttore non carico all’estremità libera.

Nel 1785 Coulomb osservò che dopo un tempo abbastanza lungo, le foglioline inaspettatamente si riavvicinano, anche con un isolamento elettromagnetico ottimale all’interno del contenitore. Questo era inspiegabile, in quanto le foglie dovrebbero rimanere cariche. Faraday successivamente dimostrò che creando il vuoto all’interno dell’elettroscopio il processo di scarica risultava meno efficiente, dilatandosi nel tempo. La conclusione era implicita: l’aria all’interno si ionizzava e gli ioni così creati facevano scaricare le lamine prelevando le cariche dalle loro superfici. Ma perché l’aria si ionizzava? Da dove arrivava l’energia necessaria? Quale tipo di radiazione invisibile e penetrante era la causa di questo imprevisto fenomeno?

Dopo la scoperta del fenomeno della radioattività naturale, alla fine del XIX secolo, si è pensato che la scarica dell’elettroscopio fosse dovuta alla radiazione naturale presente al suolo: è la radiazione prodotta dalla radioattività ambientale naturale - si pensava - che ionizza le molecole d’aria. Dall’inizio del XX secolo si è perciò iniziato a cercare conferma di questa ipotesi. Dal 1907, Pacini iniziò una serie di esperimenti per verificare se e quanto il contributo della radioattività terrestre fosse determinante. Quasi contemporaneamente Hess si era impegnato nella stessa ricerca. Pacini cercò di misurare la diminuzione dell’influenza della radioattività posizionando l’elettroscopio in acqua, sotto la superficie del mare al largo di Livorno e nel lago di Bracciano, arrivando fino a 3 metri sotto il livello del mare. Hess salì con un elettroscopio su un pallone aerostatico e arrivò a quasi 5.000 metri di altezza. Pacini provò a misurare le radiazioni in mare aperto, ipotizzando che l’influenza delle sostanze radioattive doveva essere maggiore nell’atmosfera vicina al terreno che sulla superficie del mare. Non registrò, però, grandi differenze.



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