DATA ANALYSIS Project EEE 4°Q Liceo Scientifico Vittoria Colonna, Rome (IT Who are you? Dario Romani & Luna Tarola, students of the fourth year of scientific high school. What have you done? What did you find out? We have analyzed the data collected by the muon detectors pola01, pola02 and pola03 in order to observe the seasonal variation due to the atmospheric temperature dependence of muon intensity. Analyzing the muon production profiles obtained from the data measured from July 2019 to June 2020, in the context of a seasonal, monthly and daily average, we found out the positive correlation of secondary cosmic rays with the atmospheric temperature and pressure: as the it increases, the atmosphere expands, and the probability for a meson to interact with molecules in the atmosphere earlier is higher. The peak of rate is therefore measured in February, while a reduced rate is expected in summer. Therefore, we have plotted the corrected data obtaining some graphs in Excel providing the different rates of decay. What's your take-home message? In conclusion we can say that the muon fluxes rate recorded by detectors has a seasonal trend, because it is influenced by atmospheric conditions of pressure and temperature. ANISOTROPIA APPARENTE Il flusso di raggi cosmici per particelle di origine extragalattica, presenta un'isotropia legata alla distribuzione per lo più uniforme delle sorgenti, che si tramuta in un'anisotropia reale dei raggi cosmici primari per via dell'interazione col campo magnetico intergalattico, ma anche apparente per i raggi cosmici secondari a causa: • dell'effetto Compton-Getting (moto relativo dell'osservatore rispetto al sistema di riferimento in cui il flusso è isotropo) • del moto del sistema solare nella galassia • del moto di rivoluzione terrestre • della rotazione terrestre • delle variazioni stagionali di temperatura e pressione dell'atmosfera In particolare, analizzeremo le variazioni stagionali di pressione e temperatura che influenzano la densità dell'atmosfera, fattore determinante per l'interazione e lo sviluppo dello sciame muonico con le particelle presenti in atmosfera. RATE RILEVATI E CORRETTI A CONFRONTO P O L A 01 P O L A 03 P O L A 04 Il grafico in rosso rappresenta il rate corretto ossia che considera la dipendenza barometrica del flusso di muoni: Pressione e temperatura influenzano le oscillazioni del flusso di muoni stagionali e diurne notturne. L’andamento dei 3 grafici ci fa intuire che il flusso di muoni ha una propria stagionalità e tende ad aumentare nel periodo tra il mese di Novembre e quello di Marzo raggiungendo il suo picco durante il mese di Febbraio; mentre si ha un’inversione di tendenza nel periodo fra il mese di Maggio e quello di Luglio con il suo picco minimo durante il mese di Giugno. ANALISI DEI SINGOLI FLUSSI POLA DATI FLUSSO RILEVATI 01 03 04 Massimo del flusso 36,38 11 – feb – 2020 36,38 11 – feb – 2020 36,85 10 – feb – 2020 Minimo del flusso 29,97 20 – jun - 2020 29,13 10 – jun – 2020 30,32 08 – aug – 2019 6,41 7,25 6,53 21,39 % 24,89 % 21,54 % 35,49 28 – feb – 2020 35,49 28 – feb – 2020 36,05 27 – mar – 2020 30,52 05 – may – 2020 29,67 30 – jun – 2020 30,84 12 – jun – 2020 4,96 5,82 5,21 16,26 % 19,61 % 16,88 % Differenza max/min Variazione % Massimo del flusso DATI FLUSSO CORRETTI Minimo del flusso Differenza max/min Variazione % Le fluttuazioni del rate muonico rilevato dal Pola 03 hanno ampiezza maggiore rispetto agli altri rate da ciò possiamo desumere la minore precisione del Pola 03 DISTRIBUZIONE NORMALE POLA 01 03 04 01,03,04 𝜎 0,84 0,92 0,84 0,90 La deviazione standard, da cui si trae il grafico a campana in figura, ci indica la dispersione dei dati, dunque la variabilità del flusso di muoni attorno alla media aritmetica riferita all’intervallo di tempo compreso tra il 1 luglio 2019 ed il 30 giugno 2020. Aumentando il numero di misurazioni, quindi includendo tutti i rate registrati dai tre rivelatori, la sensibilità delle rilevazioni viene incrementata e le fluttuazioni possibili sono confinate in intervalli più stretti. La curva si abbassa ed range si estende. MODULAZIONI STAGIONALI MEDIE Media modulazione ogni 10 minuti Media modulazione giornaliera Media modulazione mensile Qui possiamo vedere 3 grafici che rappresentano la modulazione media, via via su base sempre maggiore e infatti notiamo un appiattirsi della curva dovuto a un ordine di approssimazione inferiore. CONCLUSIONI Dall’effetto stagionale osservato, che abbiamo riscontrato dai dati sperimentali raccolti e analizzati, ne deriva che nei mesi estivi e quindi più caldi, rispetto a dove sono posizionati i rilevatori, ovvero nell’emisfero boreale presso la stazione scientifica internazionale di Ny Alesund alle isole Svalbard, si rileva un minore flusso di muoni legato ad una maggiore e anticipato interazione con l’atmosfera. L’atmosfera con l’aumentare della temperatura si espande maggiormente verso l’alto, dunque i muoni, incontrandola prima, tendono a decadere in anticipo e sono quindi meno inclini a raggiungere la superficie terrestre. Ciò provoca una rate rilevato minore.
