Antonio Codino - Dipartimento di Fisica e Geologia

Post Scriptum
La soluzione del pluridecennale problema del ginocchio e della caviglia contenuta nei tre predetti lavori
(L’Origine della caviglia, L’unico meccanismo che che genera il ginocchio e la caviglia nella zona galattica
locale e Bacini galattici di elio e ferro intorno alle energie del ginocchio), si può caratterizzare così :
1.
L’ OTTIMO ACCORDO CON I DATI SPERIMENTALI.
2.
LA SEMPLICITA’ DELLA CATENA LOGICA IMPIEGATA PER OTTENERE I RISULTATI.
3.
L’ORIGINALITA’ DELLA SOLUZIONE.
4.
COME QUESTA SOLUZIONE INCIDE SUI GRANDI TEMI DELLA FISICA DEI RAGGI
COSMICI.
5.
CONFRONTO CON ALTRI TENTATIVI DI SOLUZIONE.
6.
LA VERIFICABILITA’ DEI RISULTATI.
Si commentano in dettaglio i singoli punti.
1. L’ OTTIMO ACCORDO CON I DATI SPERIMENTALI.
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
Accordo con il ginocchio del protone (Kascade).
Accordo con il ginocchio dell’elio (Kascade).
Accordo con lo spettro del ferro ( Kascade e Eas-top).
Il ginocchio del ferro non è stato ancora osservato da nessun esperimento.
Accordo con lo spettro completo (spettro di tutte le particelle) tra 1014 e 7 x 1019 eV usando un solo
punto di normalizzazione tra curva calcolata e curva misurata.
(6) Accordo sull’energia in cui si osserva la caviglia (tra 5 e 6 x 1018 eV).
(7) L’ accordo con l’indice spettrale di 3,0 dopo 6 x 1015 eV per lo spettro completo.
2. LA SEMPLICITA’ DELLA CATENA LOGICA IMPIEGATA PER OTTENERE I RISULTATI.
La caviglia di uno ione cosmico si posiziona su quella particolare energia dove s’instaura la propagazione
rettilinea degli ioni mentre il ginocchio si posiziona all’energia in cui il potere piegante del campo magnetico
galattico inizia ad affievolirsi.
Tutti gli ioni hanno la stessa composizione chimica e lo stesso indice spettrale per tutte le energie, da 1014 eV
sino a 7 x 1019 eV. Le variazioni nella composizione chimica tra sorgente e osservatore sono regolate solo e
soltanto dalla propagazione degli ioni nel volume della Galassia.
Lo spettro completo si ottiene semplicemente sommando tutti gli spettri dei singoli ioni (spettri parziali),
senza introdurre alcun altro elemento arbitrario nella catena di derivazione.
3. L’ ORIGINALITA’ DELLA SOLUZIONE
L’energia del ginocchio e quella della caviglia di ogni ione sono legate dalla forma e valore del campo
magnetico galattico e dalle sezioni d’ urto di collisione nucleare tra ione cosmico e mezzo interstellare.
Nessun autore, prima del 2006, ha individuato questo nesso fondamentale*.
Il ginocchio e la caviglia sono differenti aspetti prodotti da un unico complesso di fenomeni come descritto
nei tre menzionati lavori: la spiegazione del ginocchio è inscindibile da quella della caviglia (si veda la
figura 4 de L’ origine della caviglia).
Nella letteratura, prima del 2006, non ci sono lavori che legano ginocchio e caviglia sull’asse dell’energia
come mostrato in questa soluzione. In passato altri autori hanno introdotto la caviglia ad hoc e a priori
come effetto della componente extragalattica senza dimostrarne la necessità, e senza intravedere il suo
legame con il ginocchio.
La caviglia è generata solo dalla componente galattica della radiazione cosmica. La componente
extragalattica della radiazione cosmica esiste a tutte le energie (linea sottile nelle figure 11 e 12 de “L’ unico
meccanismo…” in Astro-ph/ 0701521). Però, se esiste una componente extragalattica, significativa,
separabile da quella galattica, essa deve abbondare nella banda di energia 3 x 1018 – 6 x 1019 eV. Ciò non
significa che la sua intensità debba superare la componente galattica, come pretendono altri autori. Solo le
misure sulle abbondanze relative degli ioni, e non il calcolo, districheranno le due componenti.
Le forme dei ginocchi dei singoli ioni non sono causate solo dall’ effetto del campo magnetico galattico sugli
ioni cosmici (come immaginato da altri autori), ma anche dall’ andamento delle sezioni d’ urto con l’ energia,
dalla posizione del sistema solare all’ interno del disco galattico e dallo spessore del disco.
4. COME QUESTA SOLUZIONE INCIDE SUI GRANDI TEMI DELLA FISICA DEI RAGGI
COSMICI.
I meccanismi di accelerazione all’interno della Galassia sono estranei alla spiegazione del ginocchio e della
caviglia. Questa è la ovvia conclusione che segue da questa soluzione.
Infatti, il meccanismo che produce i ginocchi e le caviglie degli ioni nei tre predetti lavori è basato su
osservazioni fondate e innegabili (intensità del campo magnetico, sezioni d’ urto nucleari, dimensioni della
Galassia etc. etc.). Al contrario, l’inefficienza dei meccanismi di accelerazione nei resti di supernove dopo
1014 – 1015 eV, invocata per spiegare i ginocchi degli ioni da altri autori, si muove e si esaurisce nel campo
dell’immaginazione, mancando qualsiasi evidenza empirica che l’accelerazione oltre 1014 eV avvenga con le
modalità immaginate. Alcuni autori propongono che l’accelerazione degli ioni nella Galassia diventi
inefficiente oltre 1014 eV, altri che continua con efficienza comparabile ben oltre 1014 eV.
Inoltre, emerge netta la seguente conclusione: se si rimuovono gli accidenti locali dallo spettro completo dei
raggi cosmici, ossia, l’effetto della modulazione solare, del ginocchio e della caviglia, lo spettro su assi
logaritmici d’intensità ed energia diventa, incredibilmente, una linea retta per 29 ordini di grandezza
nell’intensità differenziale (vedasi figura 5 de L’ Origine della caviglia). Credo che questa circostanza sia un
eccellente punto di partenza per individuare il meccanismo che accelera gli ioni cosmici oltre 1014 eV e
forse anche al disotto.
A seguito di questa soluzione l’importanza di molte misure attuabili dai gruppi sperimentali cambia. Ad
esempio, la misura degli indici spettrali degli ioni e delle abbondanze relative di singoli ioni o di gruppi di
essi, nella banda di energie 1012 – 1015 eV, diventa d’importanza primaria, non solo per perfezionare
*
Se, in un problema poliziesco, si dovesse identificare uno sconosciuto tra un miliardo di persone, usando un segno
caratteristico, una cicatrice ad esempio in un punto del corpo, si converrà che, allorchè i segni caratteristici dello sconosciuto
fossero due e non uno solo, la probabilità dell’ identificazione sarebbe molto più elevata. Così noi pensiamo che il nesso tra
ginocchio e caviglia descritto nei tre lavori menzionati aumenta l’ attendibilità della nostra soluzione del problema del
ginocchio e della caviglia rispetto alle proposte di altri autori dove il nesso non è nemmeno intravisto.
quantitativamente questa soluzione, ma per spiegare altre proprietà fondamentali dei raggi cosmici ad energie
ben più elevate.
5. CONFRONTO CON ALTRI TENTATIVI DI RISOLUZIONE
Si fa riferimento ai lavori sul ginocchio e la caviglia di altri autori, reperibili facilmente sulla
informatica che pesca su riviste, note interne di laboratorio, atti di conferenze e simili.
rete
Si osserva in altri lavori:
Tutte le proposte di spiegare il ginocchio e la caviglia vedono queste due perturbazioni dello spettro della
radiazione cosmica slegate. La caviglia è quasi sempre introdotta senza alcuna necessità come componente
extragalattica della radiazione cosmica (ad esempio : Wibig-Wolfendale, 2005 Jour. Phys. G31, 255).
Alcune spiegazioni del ginocchio pongono in campo particelle e fenomeni di complessa spiegazione teorica
(ad esempio : Kazanas D. e Nicolaidis Astro-ph/0103147 e 0109247; Candia J. et al. Astropar. Phys. 17
(2002) 23) e di nessuna evidenza empirica. Quale fondamento e affidabilità possono avere le soluzioni di
questi autori in cui una situazione problematica è usata per spiegare un’altro problema ?
Molti lavori sul ginocchio e la caviglia non contengono alcuna strutturazione logica nella derivazione dei
risultati né un’ analisi critica delle premesse necessarie per effettuare la derivazione (ad esempio :
Hoerandel J. Astro-ph/0402356).
Si pretende (vedi ad esempio : Allard D., Parizot E. Olinto A. V. 29th ICRC, Vol. 3 p.209 e anche
Berezinsky, Gazizov et al. Astro-ph/0204357) che l’interazione dei cosmici di energia superiore a 1018 eV e
la radiazione fossile perturbi lo spettro universale dei raggi cosmici osservabile sulla Terra generando
strutture simili alla caviglia: con ciò ammettendo implicitamente che il flusso di ioni cosmici alimentato da
sorgenti lontane domini quello emesso dal Gruppo Locale di Galassie o dall’ Ammasso di Virgo. Ma come
si può escludere, ad esempio, su base empirica, che il Gruppo Locale di Galassie o l’ammasso di Virgo, non
contribuiscano, come tributari dominanti, al flusso extragalattico misurabile nei dintorni della Terra ?
Questa soluzione, al contrario, non è legata ad alcuna particolare ipotesi sulla posizione delle sorgenti
extragalattiche ed usa solo osservazioni astrofisiche consolidate.
6. LA VERIFICABILITA’ DEI RISULTATI.
La soluzione del problema del ginocchio e della caviglia descritta nei tre lavori menzionati è l’attuazione di
un’idea strutturata e non solo un modello matematico di alcuni fenomeni fisici. E’ una catena logica che
interconnette, per la prima volta e in modo originale, diversi fatti astrofisici (quelli menzionati nel paragrafo
2 de L’origine della caviglia ) e non è legata allo specifico metodo di calcolo adoperato. Chiunque può
verificare i risultati usando il metodo di calcolo più confacente: analitico, di simulazione numerica o altro. A
nostro avviso, riotterrà risultati qualitativamente uguali e quantitativamente simili.
Il calcolo delle proprietà dei raggi cosmici usando le traiettorie degli ioni nella Galassia, così come sono
ricostruite mediante simulazione numerica, è stato sviluppato nel corso di dodici anni (Codino, Plouin,
Brunetti, Vocca, Menichelli), applicato al problema del ginocchio e della caviglia negli ultimi tre anni ed è
ampiamente documentato (Brunetti-Codino ApJ 2000, Codino-Plouin ApJ 2006 ed altri).