The naked iron knee of the cosmic radiation, its necessity and - PowerPoint PPT Presentation

…… waiting the iron spectrum (heavy ions) between 10 17 -10 18 eV to be measured by the Kascade-Grande experiment In my opinion, all ions subdivided in three groups would be a great outcome for a good comparison data-theory.

Alternative explanations of the second knee 1 The knee is generated by an acceleration mechanism which loses efficiency at some energy (For example, see ion spectra calculated by Berezhko-Voelk). Tuning the calculation on the observed proton spectrum the iron knee is placed at the incorrect energy. These authors themselves admit in their papers that this explanation has “ two difficulties “ . I agree. 2 The dip model of the extragalactic cosmic radiation. By adjusting the galactic and cosmological extragalactic components with some imagination to obtain the index of 3.2 around the second knee, the predictions of the model conflict, by large, with other experimental data (see next plots).

the dip model of the extragalactic cosmic radiation

…. the dip model of the extragalactic cosmic radiation (kascade data on the proton flux around 10 17 eV……….

Conclusions (28/5/2010) In my opinion, the aforementioned demolition of the traditional theoretical frame, dominant in the last decades in cosmic ray physics, has been accomplished. If a mechanical machine with two arms (figure aside) would have operated this demolition, then one arm would be represented by the Auger and Kascade data previuosly quoted. The second arm is the Postulate of the Constant Indices which leads to the solution of the knee and ankle problem along with to the comprehension of the second knee which is the naked iron knee sculptured on the cosmic-ray spectrum around 5x10 17 eV. A. Codino, Vulcano Conference 2010

Risultato fondamentale della Teoria degli Indici Costanti La caviglia non si può separare dal ginocchio. Le posizioni delle caviglie sull’ asse dell’ energia sono indissolubilmente legate, senza ambiguità, alle energie a cui si trovano i ginocchi dei singoli ioni cosmici. Il campo magnetico galattico ha il ruolo dominante in questo legame. Le caviglie di ogni ione si posizionano a quelle energie in cui si instaura la propagazione quasi rettilínea degli ioni nella Galassia. I ginocchi si posizionano alle energie in cui il raggio di rivoluzione degli ioni diventa così grande da influenzare il traboccamento degli ioni dal volume del disco. Solo i raggi cosmici galattici, le cui sorgenti si ubicano nel disco e nell’ alone, generano le caviglie e i ginocchi.

Parte 4 Cambiamenti radicali nella fisica dei raggi cosmici: ◊ La teoria degli indici costanti è incompatibile con gran parte delle nozioni fondamentali che formano la fisica dei raggi cosmici sino al 2006. ◊ Secondo tale teoria quasi tutte le conoscenze oggi reperibili nei libri di testo e nei rendiconti su rivista dovrebbero essere riconsiderati. Vediamo alcuni esempi. 1 Il ginocchio non è causato da meccanismi accelerativi e tanto meno da quello che si presume operi nelle supernove. 2 Il secondo ginocchio (ginocchio del ferro) non è causato da una componente extragalattica della radiazione cosmica (come concepito nel modello a fossa). 3 Il rapporto boro carbonio è pressoché costante con l’ energia oltre 100 GeV. 4 Nessuna componente extragalattica di origine cosmologica penetra nella Via Lattea al di sotto di 5x10 19 eV.

L’ articolo di 34 pagine: Flussi misurati di protoni ed elio e l’ origine del ginocchio nello spettro della radiazione cosmica • Nota INFN/TC-09/06, Frascati 15 ottobre 2009. • Semplicemente mostra attraverso i dati sperimentali della Collaborazione Kaskade che il ginocchio non è generato dal meccanismo diffusivo per onde d’ urto nei resti di supernove. • Non è cosa da poco conto perché sono circa 40 anni che continua un dibattito infruttuoso sull’ origine del ginocchio: da fenomeni accelerativi oppure da effetti di propagazione ? Come si trae concisamente questa conclusione ?

Sulla piegatura dello spettro dei raggi cosmici oltre 6x10 19 eV il cosiddetto effetto GZK ( γ p —› π ◦ p etc.) ….Posta la irrealtà del modello a fossa a più basse energie (tra  10 17 e 10 19 eV) si ragiona e si conclude che la predetta piegatura non è generata da sorgenti di raggi cosmici poste a distanze cosmologiche. Il ragionamento non è basato sulla Teoria degli Indici  Costanti ma sul confronto tra dati sperimentali e predizioni del modello a fossa.

- End point of this talk at Vulcano Conference 2010 venerdì 28 maggio 2010, ore 10:00-10:30 .  Fine del seminario alla Conferenza di Vulcano 2010. Discorso 10:00-10:30 venerdì 28 maggio 2010.  Seguono disegni, grafici e tabelle di riserva.

- Vulcano 2010 final point  Vulcano 2010 final point of the figures.  Vulcano 2010 final point of the figures.  Seguono figure di riserva

Posiciónes de las fuentes en Viento galáctico la Galaxia The solución del problema de la rodilla Gramaje y del tobillo Asimmetría en la dirección de Método de calculo llegada de los rayos cósmicos

Champ magnétique spirale

Brunetti & Codino, ApJ, 2000, 528, 789

How cosmic-ray trajectories are determined • Corsa − The algorithms described in this presentation (12 years old, first publication on 1995) • Mariposa − It is a new code for the simulation of cosmic-ray trajectories adopting: − Large simulation volume about 400 kpc (halfway from Andromeda galaxy) − Supernovae source distribution, etc. etc. − Chaotic magnetic field described by Kolmogorov, Kraichnan and other spectra of magnetic inhomogeneities − A quite recent code (2005) at the stage of development.

Altri parametri che determinano le traiettorie dei raggi cosmici nella Galassia  Il valor medio della densità della materia è di un atomo di idrogeno per cm 3 aumentato a 1,24 tenendo conto degli elementi pesanti.  Le sorgenti sono rappresentate da una distribuzione uniforme di equazione Q(r,z,l)=C Θ (r-R)N( σ ,z) dove N( σ ,z) è una distribuzione gaussiana nella direzione z con una deviazione standard σ di 80 parsec.

Codino & Plouin ApJ, 2006, 639, 173

S d g gramaje (g/cm 2 ) columna de gas encontrada por los rayos cósmicos L D longitud de la trayectoria g = m H n H L D n H numero de átomos por centímetro cúbico m H masa del hidrógeno L D = v d s d V d numero de inverciónes del movimiento S d espesor físico del disco λ = A / ( σ g N A ) longitud de colisión nuclear

Illuminando la Galassia con un fascio di ioni emesso dalla Terra e contando il numero di collisioni nucleari nel disco Collisioni nucleari

fuentes fuentes gal galácticas ácticas Fuentes extragal extragalá ácticas cticas Fuentes Cavidad solar E=10 13 eV Ig Ie E=10 16 eV E=10 17 eV E=10 18 eV

Contour levels for helium, carbon, aluminium and iron illustrating the distribution of cosmic ray sources feeding the local galactic zone

Conclusions (1) The computed spectra of individual ions (Protons, Helium and Iron) are in good agreement with the experimental data (only the shapes of the spectra) of the Kaskade experiment. Regardless of the particular ion blend, the computed position along the energy axis of the knee of the all- particle spectrum also matches the results of the experiments. With the above inputs the all-particle energy spectrum between the knee and the ankle is calculated showing a spectral index of 3.05 for a proton abundant blend and 3.06 for an helium abundant blend i.e the spectral index is close to the observed value of 3 in the range 10 15 and 10 17 eV. This agreement is particularly meaningful since the energy spectra of individual ions have slopes of 3.38 (Helium) and 3.34 (Fe) in the same energy range. The computed indices of 3.05 and 3.06 between 10 15 -10 17 eV are the result of the sum of all the ion spectra as indicated in the figure.

Paragone con altre teorie/modelli (1) • Tutti gli altri modelli adottano differenti meccanismi per spiegare il ginocchio e la caviglia a differenza di questa teoria che invece propone una spiegazione unica. • La caviglia viene introdotta ad hoc come componente extragalattica che apparirebbe ad una certa energia e con una certa intensità, completamente arbitrarie. • Un certo numero di autori affermano che la caviglia dello spettro completo (tutte le particelle) è generata dall’interazione dei raggi cosmici extragalattici con energie superiori a 4x10 17 eV provenienti da sorgenti poste a decine di Megaparsec con la radiazione fossile. Queste interazioni perturberebbero lo spettro dei raggi cosmici osservato sulla Terra generando una struttura come la caviglia (modello a fossa).

Paragone con altre teorie/modelli (2) Vedi ad esempio: – T. Wibig and A.R. Wolfendale, Jour. Phys., G31 255, 2005. – Modello a fossa: Berezisky V.S., Gazizov A.Z. e Grigorieva Rapporto Astroph/0204357 e Phys. Rev. D 74, 043005 (2006). – Modello della caviglia A. M. Hillas rapporto Astro-ph/0607109 J. Phys. Nucl. Part. Phys. 31 R95 (2005). Waxman E. Phys. Rev. Lett. 75, 386 (1995). - Allard D., Parizot E. et al., Astron. e Astrophys. 443, l29-l32 (2005).

Parte 3 Quanto è preciso e profondo l’ accordo tra teoria e dati. L ‘ accordo riguarda: 1 Lo spettro in energia della radiazione cosmica tra 10 11 -5x10 19 eV. 2 Il ginocchio del protone (Kascade). 3 Il ginocchio dell’ elio (Kascade). 4 Il ginocchio del gruppo di elementi CNO (Kascade). 5 Lo spettro degli ioni pesanti tra 10 15 e 10 17 eV (Kascade e Eas-top). 6 L’indice spettrale di 3 dello spettro completo della radiazione cosmica tra 6x10 15 e 10 16 eV. 7 L’ esistenza del secondo ginocchio a 6x10 17 eV. 8 La posizione corretta della caviglia lungo l’ asse dell’ energia a (4-5)x10 18 eV.

9 Il valore massimo dell’indice spettrale di 3,3 assunto dallo spettro completo nell’intervallo (6-8)x10 17 eV in corrispondenza al secondo ginocchio e suo significato 10 La correlazione tra l’energia del secondo ginocchio (6-8)x10 17 eV e il valore dell’indice spettrale di 3,3 assunto dallo spettro completo L ‘ accordo con i dati sulla composizione chimica <ln (A)> riguarda i dettagli fini degli spettri dei singoli ioni: L’ incremento di <ln(A)> della composizione chimica tra 10 15 -10 17 eV osservata   da più di 10 esperimenti. L’ esistenza di un valore massimo di <ln (A)> di circa 3 intorno all’energia di  10 17 eV dove la composizione chimica si inverte da pesante a leggera. L’ energia di circa 3x10 17 eV alla quale la tendenza della composizione chimica  si inverte da pesante a leggera. L’ alleggerimento della composizione chimica nell’intervallo 10 17 -3x10 18 eV   osservato da tutti gli esperimenti. L’esistenza di un minimo di <ln (A)> intorno all’energia di 3x10 18 eV osservato  dall’esperimento Auger. L’ascensione di <ln (A)> oltre il minimo di 1,2 nell’intervallo 3x10 18 -10 19 eV  osservata dall’esperimento Auger.