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La scienza nella scuola con i raggi cosmici
L’esperienza dell’ITI Cannizzaro di Catania nel progetto MIUR “Extreme Energy Events – La scienza nella scuola”

La scuola politecnica catanese ITI Stanislao Cannizzaro aderisce al progetto del MIUR “Extreme Energy Events (EEE) – La scienza nella scuola”, diretto dal prof. Antonino Zichichi, che attraverso una sinergia tra Scuola, Università ed Enti di Ricerca vuole portare la scienza nelle scuole attraverso la fisica dei raggi cosmici.

 

Il progetto EEE

Il progetto prevede il coinvolgimento di numerose scuole distribuite sull’intero  territorio nazionale nella realizzazione e nell’utilizzo di una serie di rivelatori di muoni cosmici, particelle prodotte nell’interazione tra i raggi cosmici primari provenienti dallo spazio e l’atmosfera terrestre. Attualmente sono una ventina le scuole superiori che fanno parte del progetto; esso vede impegnati nella sua realizzazione il Centro “Enrico Fermi”, il Centro europeo di ricerche nucleari (CERN) di Ginevra, l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) i cui Laboratori Nazionali e Sezioni rappresentano i punti di riferimento per la parte tecnico-scientifica del progetto, la Fondazione e centro di cultura scientifica “Ettore Majorana” (FCCSEM) di Erice. A livello locale, due sono le scuole superiori impegnate in questo progetto: l’ITI “S.Cannizzaro” e il Liceo Scientifico “G.Galilei”.

   Il sistema di rivelatori, in fase avanzata di realizzazione, rappresenterà uno strumento di grande rilevanza scientifica per i ricercatori interessati ad un settore di ricerca che presenta ancora molti punti oscuri, e costituira’ per insegnanti e studenti una opportunità unica di avvicinarsi al mondo della ricerca fondamentale e tecnologica.

 

Esperienza dell’ITI Cannizzaro al CERN

L’aspetto singolare del progetto EEE sta nel coinvolgimento diretto di studenti e insegnanti nella fase di costruzione dei rivelatori, del loro monitoraggio e dell’analisi dati. In questa ottica si colloca l’esperienza - sostenuta dal Dirigente Scolastico prof. Salvatore Indelicato - di due insegnanti e tre studenti del Cannizzaro, che per una settimana nel mese di marzo hanno lavorato presso il CERN di Ginevra alla costruzione di alcuni moduli del telescopio, che verrà successivamente ospitato presso un laboratorio opportunamente destinato all’interno della scuola catanese entro il corrente anno.

 

Questa missione è arrivata dopo una fase preparatoria consistita di una serie di attività seminariali e di stage presso il Dipartimento di Fisica dell’Università di Catania condotte dal prof. Francesco Riggi del Dipartimento di Fisica dell’Università di Catania e della sezione INFN di Catania, coordinatore locale del progetto EEE, e dai suoi collaboratori.

In queste attività gli insegnanti e gli studenti del Cannizzaro hanno potuto confrontarsi con le problematiche della rivelazione di particelle ionizzanti, con l’uso di contatori Geiger e di scintillatori, e i problemi relativi all’acquisizione e all’analisi dei dati.

La missione al CERN ha quindi rappresentato il momento della realizzazione concreta del rivelatore, che ha visto impegnato il gruppo per cinque giorni lavorativi dalle ore 9 alle 17, coadiuvato dal personale tecnico scientifico del laboratorio ginevrino e dai ricercatori catanesi afferenti al progetto.

Insegnanti e studenti hanno portato a termine la costruzione dei tre moduli del rivelatore per muoni cosmici nel tempo a disposizione, ricevendo attestazioni di elogio per la qualità del lavoro svolto e la serietà e l’impegno dimostrati.

A questa attività di costruzione è stata affiancata una azione di formazione e didattica attraverso una serie di presentazioni sulle attività di ricerca svolte presso il CERN e sulle applicazioni tecnologiche delle stesse.

Il gruppo ha inoltre potuto usufruire di una straordinaria visita alle aree sperimentali sotterranee dove si stanno installando i grandi rivelatori di particelle presso il nuovo acceleratore LHC in fase di completamento. Quando questo entrerà in funzione nel 2007, sarà la macchina acceleratrice più potente mai costruita, capace di creare nelle collisioni nucleari condizioni vicine a quelle presenti all’origine dell’universo, pochi istanti dopo il cosiddetto Big Bang. In particolare, la visita dell’area dell’esperimento ALICE destinato alla ricerca del quark-gluon plasma, lo stato della materia presente nelle fasi iniziali di evoluzione dell’universo, ha comunicato a studenti e insegnanti una grande impressione ed emozione. Anche la visita alla mostra Microcosm, che illustra lo straordinario sviluppo delle conoscenze fondamentali della fisica delle particelle e delle tecnologie che sono state via via sviluppate per acquisirle è stato di grande stimolo grazie all’uso di una didattica innovativa ed estremamente efficace.

Non sono mancate in questo periodo ginevrino le occasioni per visitare la città e per apprezzarne le tante qualità.

 

Il rivelatore MRPC e i raggi cosmici

Il rivelatore di muoni cosmici che il gruppo del Cannizzaro ha costruito al CERN di Ginevra è costituito da tre piani di rivelatori, basate sulla tecnologia MRPC (Multigap Resistive Plate Chambers), di circa 2 metri quadrati di superficie ciascuna; esso presenta una struttura a sandwich costituita da due piani esterni di elettrodi metallici suddivisi in strisce longitudinali (strip), connessi con un sistema di lettura e acquisizione del segnal; tra i due piani una coppia di vetri resistivi ai quali viene applicata una tensione di lavoro di circa 10000 volt e al suo interno un insieme di lastre di vetro intervallate da strati di gas nei quali avvengono i processi di ionizzazione prodotti dai muoni cosmici che attraversano il rivelatore. Ciascuno di questi piani sara’ sensibile alla posizione, consentendo di ricostruire la traiettoria di ciascun muone. Ogni scuola del progetto sarà inoltre dotata di un’antenna e di un sistema GPS in modo tale che i dati acquisiti dalla rete di telescopi MRPC posti nelle scuole siano sincronizzati via satellite con quelli ottenuti presso altre scuole. La tecnologia del rivelatore MRPC è derivata da quella utilizzata dal rivelatore TOF all’interno del multirivelatore ALICE presso l’LHC del CERN.

 

Lo scopo per cui questa rete di rivelatori viene costruita è quello di studiare i raggi cosmici di altissima energia, di cui ancora oggi non si conosce con esattezza l’origine; essi, prima di interagire con i nuclei dell’atmosfera terrestre possono aver viaggiato per migliaia o milioni di anni. A seguito di questa interazione essi danno origine a varie particelle di cui i muoni sono la componenete piu’ penetrante, capace di giungere fino a terra. La rivelazione di questi muoni da parte della rete di rivelatori MRPC può fornisce agli scienziati informazioni preziose sulle caratteristiche dei raggi cosmici originari provenienti dallo spazio profondo.

 

Il futuro del progetto EEE al Cannizzaro

Dopo la costruzione, entro la fine dell’anno il rivelatore verrà installato presso il Cannizzaro dopo un periodo di test presso le strutture del Dipartimento di fisica e Astronomia/ Sezione INFN di Catania. Il monitoraggio dello stesso, l’acquisizione dati e la sua analisi richiederanno una intensa azione di formazione per studenti e insegnanti.

Per il momento, al ritorno dalla missione al CERN tutti i partecipanti hanno riportato la forte percezione di cosa sia un grande laboratorio di ricerca e più in generale il mondo della ricerca fondamentale. Una percezione che nasceva dall’osservare la presenza di scienziati e tecnici di tutti i paesi del mondo impegnati su obiettivi comuni, senza barriere di razza, di cultura, di tradizioni e credo religioso, dal cogliere l’entusiasmo e l’emozione nelle interviste, nei dialoghi e nelle riflessioni delle persone coinvolte in questi progetti di ricerca, la curiosità e il desiderio di conoscenza, l’impegno lavorativo, lo spirito autenticamente europeo, internazionale che caratterizza la grande comunità dei fisici.

 

Info sul progetto EEE presso il Centro “Enrico Fermi”

www.centrofermi.it

 

Info sulle attivita’ didattiche relative alla fisica dei raggi cosmici presso il Dipartimento di Fisica e Sezione INFN di Catania

www.ct.infn.it/~rivel/cosmic/cosmic.html

 

Info sulle attività EEE dell’ITI Cannizzaro, Catania

www.cannizzaroct.it

 

Info su CERN

www.cern.ch

 

Info su INFN

         www.infn.it
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