Muoni: grazie al loro utilizzo rilevati temporali con potenziali da record

Attraverso un nuovo metodo di monitoraggio dei temporali, basato sui muoni prodotti dai raggi cosmici che colpiscono l’atmosfera e che ricadono sulla Terra, i ricercatori hanno documentato un temporale con un potenziale elettrico di circa 1,3 miliardi di volt (1,3 GV). Un voltaggio maggiore di 10 volte rispetto al più grande temporale mai riportato.

Questa nuova misurazione indica la possibilità che si manifestino temporali con potenziali di diversi miliardi di Volt. Si tratta di tensioni sufficientemente elevate da spiegare la presenza dei misteriosi lampi di raggi gamma ad alta energia (Terrestrial Gamma Ray Flash -TGFs), a volte osservati nei temporali.

Lo studio dei temporali

Per lo studio dell’attività elettrica dei temporali e delle nubi temporalesche, i ricercatori si avvalgono dell’utilizzo di aeroplani e mongolfiere, che vengono inviate nei centri temporaleschi. Attraverso questo tipo di analisi si sono registrati temporali con potenziali attorno a qualche milione di Volt. La massima potenza rilevata fino ad ora, fu durante un temporale nelle montagne del Nuovo Messico negli anni ’90. Si trattava di un potenziale di circa 130 MV.

Con l’utilizzo di aerei e mongolfiere però, gli scienziati possono sondare solo la piccola regione che gli strumenti attraversano volando. In questo modo non è però possibile misurare il potenziale dell’intera nube temporalesca.

Il nuovo metodo attraverso l’utilizzo dei muoni

Per ovviare a questo problema, il ricercatore indiano Sunil Gupta, del Tata Institute of Fundamental Research di Mumbai, ha ideato un metodo di osservazione che si basa sull’analisi dell’effetto dei temporali sulle rilevazioni di particelle del G3MT. Il G3MT è un telescopio a muoni che si trova nell’India meridionale, che fa parte dell’impianto di rilevamento per raggi cosmici conosciuto come GRAPES-3. Questo telescopio è in gaedo di rilevare i muoni generati nell’atmosfera dalle particelle cariche dei raggi cosmici che provengono principalmente dall’esterno del Sistema Solare.

In passato alcuni ricercatori avevano già utilizzato questo tipo di telescopi per osservare i cambiamenti nel flusso di muoni durante i temporali. Ora la squadra di Gupta ha compiuto il passo successivo, sviluppando un metodo quantitativo. “Ci siamo resi conto che GRAPES-3 è uno strumento ideale per misurare i potenziali temporali, in particolare per le tempeste più grandi”, afferma Gupta.

La maggior parte dei muoni rilevati da G3MT, sono antimuoni caricati positivamente, che di solito perdono energia interagendo con la complessa disposizione delle cariche in una nube temporalesca. I muoni che subiscono la perdita di energia, hanno meno probabilità di essere rilevati, poiché gli strumenti rilevano solo le particelle con energie al di sopra di una certa soglia. Le tempeste possono quindi essere registrate come una riduzione del flusso di muoni rilevato.

Attraverso le misurazioni del flusso, Gupta ed i suoi colleghi, possono stimare il potenziale del temporale, utilizzando delle simulazioni al computer. Le simulazione vengono eseguite in base alla descrizione semplificata di un modello temporalesco. Il temporale viene infatti descritto nel modello come un gigantesco condensatore, costituito da due piastre parallele distanti 2 Km, che generano un campo elettrico verso l’alto.

Temporali abbastanza potenti da spiegare i lampi di raggi gamma

Michael Cherry, dell‘Università di Baton Rouge e studioso dei raggi cosmici ad alta energia e raggi gamma, ha affermato che “questa tecnica basata sui muoni fornisce un modo unico, anche se indiretto, per sondare i campi elettrici nei più grandi acceleratori di particelle naturali: fulmini e temporali”.

Secondo Gupta, questa nuova scoperta potrebbe anche aiutare i ricercatori a risolvere un enigma atmosferico che rimane irrisolto dal 1994. In quell’anno le misurazioni satellitari rilevarono dei lampi di raggi gamma provenienti da altitudini di decine di chilometri. All’epoca si ipotizzò che questi lampi fossero prodotti da elettroni accelerati dai temporali, ma non erano mai stati misurati dei potenziali di temporale sufficientemente grandi da provocare tali fenomeni.

Tuttavia, i potenziali recentemente osservati, nell’ordine dei gigaVolt, ovvero miliardi di Volt, sono molto più vicini ai valori richiesti per produrre i raggi gamma. La squadra di Gupta sta ora installando rilevatori di raggi gamma attorno a GRAPES-3, sperando di fornire prove conclusive catturando lampi di raggi gamma in coincidenza con un temporale a livello di gigavolt.