I muoni interagiscono con la materia tanto più questa è densa. Pertanto, essendo il corpo umano “poco denso”, la probabilità che un muone interagisca con gli atomi del nostro corpo è praticamente nulla. Tutt’altra cosa avviene se consideriamo materiali densi come roccia o elementi come il piombo. I muoni, infatti, perdono tutta la loro energia in strati di roccia centinaia di metri sottoterra prima di decadere. La proprietà dei muoni di interagire con materiali densi ha portato, sin dagli anni ’60 ad alcune ricadute tecnologiche inaspettate come la muografia e la tomografia muonica.
La prima si basa sullo stesso principio della radiografia sostituendo la radiazione elettromagnetica (raggi-X) con i muoni. Il rivelatore di raggi cosmici (lo strumento che ne identifica il passaggio) viene messo di lato o sotto ad un corpo esteso che si vuole analizzare coi muoni che provengono dalla parte opposta. L’idea è quella di vedere se ci sono direzioni di arrivo di queste particelle dove mancano muoni. Quelle saranno anche le zone più dense del corpo sotto analisi. Le applicazioni sono veramente diversificate, vanno dall’analisi di un vulcano, ad un bene archeologico come le piramidi, ad una grotta sotterranea. L’INFN, ad esempio, ha pubblicato nel 2019 la prima muografia al vulcano Stromboli (link: http://home.infn.it/it/comunicazione/comunicati-stampa/3536-stromboli-realizzata-la-prima-radiografia-muonica-del-vulcano).
Rappresentazione schematica di come funziona la muografia di un oggetto esteso come un vulcano. Alcuni muoni che attraversano la montagna vengono fermati e non raggiungono il rivelatore. Questo fenomeno è più evidente maggiore è la densità dello strato attraversato.
La seconda tecnica, la tomografia, si propone di identificare i muoni che attraversano un oggetto posto tra rivelatori. Gli strumenti, posti sopra e sotto il volume da analizzare, ricostruiscono la traiettoria dei muoni in ingresso ed in uscita dall’oggetto. L’angolo tra le due direzioni sarà tanto maggiore quanto maggiore è la densità dell’oggetto attraversato. Applicazioni di questo tipo si stanno sperimentando per un ulteriore controllo ai container in transito presso le dogane, un po’ come una scansione.
Rappresentazione schematica di come funziona la tomografia a muoni. Quando le particelle attraversano un oggetto denso, la probabilità che vengano deflesse è maggiore rispetto ad una regione meno densa. I rivelatori, posti sopra e sotto la zona di analisi ricostruiscono la direzione del raggio cosmico e, di conseguenza, l’angolo tra esse.
Come si può vedere le ricadute tecnologiche dello studio di raggi cosmici secondari (muoni) hanno applicazioni molto varie e, grazie alla presenza costante di muoni prodotti nell’atmosfera, sono caratterizzate dall’assenza di una sorgente di radiazione (raggi-x, ecc..) che comporterebbe ulteriori fonti di rischio per la sicurezza del personale e dei beni analizzati.
