Study on the traces left in minerals by the passage of secondary UHECRs

The work developed hereafter investigates the traces left by a muon and a neutron in several materials. These particles are commonly found in Extensive Air Shower arising from a cosmic ray passage. Indeed, this work is part of a project called Gipeto which aims to prove the existence of magnetars in our Galaxy exploiting the soil as paleodetector. Two simulation scenarios are arranged to understand the effectiveness of this approach. The first one is composed of one layer of ocean and one of oceanic crust. The second analyses two minerals’ samples, one of morenosite and the other of halite. The outcomes are really optimistic. Indeed, among the isotopes produced by the passages, radioactive isotopes with a relatively long half-life are also present. In truth, it is probable to find any of the above in a soil sample nowadays. The results in the minerals can also be seen as background noise. Indeed, direct exposure of the samples to particle showers can cover the ancient traces with newer ones, spoiling the samples used for analysis. Despite this, the use of paleodetectors has shown to be a viable and effective method to identify the historical passing of cosmic rays through different media in the Earth’s crust.

Il lavoro sviluppato di seguito studia le tracce lasciate da un muone e da un neutrone in diversi materiali. Queste particelle sono presenti negli sciami generati dal passaggio di raggi cosmici. Infatti, questo lavoro fa parte di un progetto chiamato GIPETO che mira a dimostrare l'esistenza di stelle chiamate magnetar nella nostra Galassia sfruttando il suolo come paleodetector. Sono previsti due scenari di simulazione per comprendere l'efficacia di questo approccio. Il primo è composto da uno strato di oceano e uno di crosta oceanica. Il secondo analizza due campioni di minerali, uno di morenosite e l’altro di halite. I risultati ottenuti sono molto positivi. Infatti, tra gli isotopi prodotti dal passaggio delle precedenti particelle sono presenti anche isotopi radioattivi con un tempo di decadimento relativamente lungo. È verosimile che, al giorno d'oggi, analizzando dei campioni di terreno, si possano trovare alcuni di questi isotopi. I risultati nei minerali possono anche essere visti come rumore di fondo. Infatti, l'esposizione diretta dei campioni a sciami di particelle può coprire le tracce antiche con quelle più recenti, alterando i campioni utilizzati per l'analisi. Nonostante ciò, l'utilizzo dei paleodetectors ha dimostrato di essere un metodo praticabile ed efficace per identificare il passaggio storico dei raggi cosmici attraverso diversi materiali nella crosta terrestre.