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Calcolo di Pi greco con AstroRad 6

Metodo di Monte Carlo

AstroRad è il software utilizzato per il conteggio dei raggi cosmici nei rivelatori AMD5 collegati in rete al progetto ADA. In questa ultima versione sono stati corrette alcune imperfezioni e ripristinato un pannello già presente in una delle precedenti versioni (401se) che genera parole, lettere e quindi frasi casuali al passaggio dei raggi cosmici. Avendo sempre come punto focale la didattica, nella sesta versione del programma è stata aggiunta anche una scheda con la quale il progressivo passaggio dei raggi cosmici attiva il calcolo di pi greco col metodo di Monte Carlo.

cosmic rays words
Schermata del pannello "WORDS FROM SPACE"


Monte Carlo

Il metodo di Monte Carlo può essere presentato agli studenti durante l'ultimo anno della secondaria di secondo grado, in quanto è la base di molti software di modellazione matematica che permettono di trovare soluzioni a complessi problemi reali, attraverso metodi stocastici; un classico esempio è il calcolo di pi-greco.

Tipicamente la dimostrazione consiste nel disegnare un cerchio (di raggio = 1) centrato nell'origine e inscritto in un quadrato di lato doppio del raggio. In AstroRad il cerchio ha raggio R = 1, ma è centrato sulle coordinate x=1 e y=1 il quadrato ha lato L = 2.

cosmic rays pi monte carlo
Cerchio di raggio = 1 centrato in 1,1 e quadrato di lato = 2


In questo consueto esempio lanciando delle palline a caso, queste potranno cadere nell'area quadrata, all'interno, oppure all'esterno del cerchio. La probabilità che una pallina possa cadere nel cerchio è data da: (casi favorevoli)/(casi possibili) ovvero: (area del cerchio)/(area del quadrato). Poichè il cerchio ha raggio unitario, la probabilità sarà pari a π/4.

La probabilità per un numero "n" di palline lanciate, di cadere nel cerchio sarà Pn ≃ π*n/4, se il numero totale di palline lanciate "n" è molto grande, e se chiamiamo "m" proprio quelle cadute nel cerchio: m ≃ π*n/4, ne segue che π ≃ (m/n)*4. Questo è tanto più vero quanto più il numero di palline lanciate "n" tende all'infinito.

Pi in AstroRad

AstroRad normalmente registra il conteggio dei raggi cosmici, inoltre ogni volta che arriva una particella elementare vengono attivate diverse funzioni. Nella scheda per il calcolo di pi greco, la particella genera le coordinate x e y casuali (entro i valori 0-2, sia per x, sia per y) come una pallina lanciata, le coordinate cadranno sicuramente all'interno del quadrato, ma potranno cadere casualmente dentro, oppure fuori dal cerchio.

Per sapere se le coordinate della pallina (o meglio chiamiamola particella) cadono all'interno del cerchio si considera l'equazione del cerchio: R^2 = (x-h)^2+(y-k)^2 (dove h e k sono le coordinate del centro). Siccome R=1, se Sqr[(x-h)^2+(y-k)^2] ≤ 1 la "particella" sarà caduta all'interno del cerchio e in questo caso verrà incrementato il valore di m, altrimenti verrà incrementato il valore di n-m (l'area esterna al cerchio che comunque non viene considerata ai fini del calcolo).

AstroRad utilizza un codice che al passaggio di una particella attiva un loop di un secondo, in questo lasso di tempo:

-Genera coordinate random per x
-Genera coordinate random per y
-Controlla se le coordinate sono all'interno del cerchio
-Conta "n" "lanci" e "m" "eventi" e applica la funzione di probabilità.

Il loop è sufficientemente lungo per far apprezzare visivamente ciò che avviene all'arrivo di ogni raggio cosmico.

cosmic rays astrorad and pi monte carlo
La scheda per il calcolo di Pi greco in AstroRad.


Il metodo di Monte Carlo applicato con AstroRad funziona meravigliosamente bene e in genere il valore 3,1415...si raggiunge nel giro di qualche migliaio di particelle contate, con il rivelatore di muoni AMD5 sono necessari un paio di giorni di conteggio.


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Rivelatori AMD5 disponibili 19.09.2026

Durante l'estate sono stati portati a termine due nuovi rivelatori. Il primo è un AMD5 classico, di quelli utilizzati correntemente nel progetto ADA.  A differenza dei precedenti modelli, quest'ultimo è equipaggiato con sensori cinesi J305, i quali sono equivalenti agli SBM20 russi utilizzati finora, ma ormai difficilmente reperibili. Il secondo è un nuovo modello di AMD5 (New Edition) che monta schede elettroniche di nuova concezione e sensori più grandi (J306). I sensori di maggiori dimensioni rendono le misure ulteriormente più precise; questo modello è equivalente ad alcuni prototipi precedentemente costruiti come AMD11, AMD15 e AMD16. Il rivelatore è nato seguendo anche i risultati del nostro precedente sondaggio. Oltre alle caratteristiche condivise con i precedenti AMD, l'involucro utilizzato ha lo schermo trasparente con elettronica e sensori a vista. Altri due rivelatori AMD5 sono disponibili essendo stati dismessi da precedente utilizzo e revisionati completamente. Per chi fosse interessato, i rivelatori si possono visionare dalla consueta pagina dedicata: AMD5.

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"La vita in un guscio di plasma" il nuovo libro di Marco Arcani 03.08.2026

La Terra è molto più di ciò che vediamo. Da lontano essa appare come una fragile sfera azzurra sospesa nello spazio. Ma osservata con gli "occhi" di una particella elementare, la Terra assume un aspetto completamente diverso: un nucleo protetto da un immenso guscio di plasma, immerso in una rete di campi elettrici e magnetici che la collegano al Sole e all'ambiente cosmico.Quel guscio invisibile non è soltanto una curiosità della fisica spaziale. È probabilmente uno degli ingredienti fondamentali che hanno permesso alla vita di nascere, evolversi e sopravvivere sul nostro pianeta.

La vita in un guscio di plasma accompagna il lettore in un viaggio attraverso magnetosfera, plasmasfera, fasce di Van Allen, aurore polari, raggi cosmici e missioni spaziali, mostrando come questi fenomeni siano parte di un unico sistema profondamente interconnesso.

Ma il libro propone anche una riflessione sul modo in cui costruiamo la conoscenza scientifica. Quando un modello riesce a spiegare solo parte dei fenomeni osservati, è legittimo chiedersi se esistano prospettive diverse, capaci di descrivere la Natura in modo più completo. Lo spirito della scienza non consiste nel difendere un paradigma, ma nel metterlo continuamente alla prova.

La scienza progredisce quando cambia il modo in cui osserviamo la realtà. A volte non servono soltanto strumenti sempre più potenti, ma anche nuovi punti di osservazione e la capacità di vedere con occhi nuovi quello che ci circonda da sempre. Il guscio di plasma della Terra è un esempio di come una prospettiva diversa possa rivelare una connessione profonda tra il nostro pianeta, il Sole e l’intero universo.

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Collisioni protone-ossigeno: alla prova i modelli dei raggi cosmici  18.10.2026

Il CERN mette alla prova le simulazioni dei raggi cosmici. Le collisioni tra protoni e nuclei di ossigeno, studiate dall’esperimento ATLAS al Large Hadron Collider (LHC), riproducono in laboratorio alcuni processi che avvengono quando i raggi cosmici interagiscono con l’atmosfera terrestre. Nel luglio 2025, il CERN ha realizzato queste collisioni per studiare la produzione di particelle secondarie, misurandone il numero, l’energia e la direzione di emissione. I risultati, pubblicati su "Physical Review Letters", mostrano che nessuno dei sette modelli teorici esaminati descrive correttamente tutti gli aspetti delle collisioni. Le misure sperimentali sono oltre dieci volte più precise delle differenze riscontrate tra i modelli. Questi dati potranno contribuire a migliorare le simulazioni degli sciami atmosferici, fondamentali per studiare i raggi cosmici di altissima energia e determinarne la composizione. Un passo importante verso una migliore comprensione delle particelle più energetiche dell’Universo e dei meccanismi che ne governano le interazioni con la materia.

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Fonte: Physicsworld



☄ Il libro: Costruire un rivelatore di muoni a GMT

Il telescopio per i raggi cosmici

21.05.2021 - una guida per chi vuole cimentarsi nella costruzione di un rivelatore di particelle elementari e toccare con mano la fisica dei raggi cosmici e l’astronomia, due campi distinti e unificati dalla fisica delle astroparticelle...

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