The fluorescence detector of the Pierre Auger Observatory

The Pierre Auger Observatory is a hybrid detector for ultra-high energy cosmic rays. It combines a surface array to measure secondary particles at ground level together with a fluorescence detector to measure the development of air showers in the atmosphere above the array. The fluorescence detector comprises 24 large telescopes specialized for measuring the nitrogen fluorescence caused by charged particles of cosmic ray air showers. In this paper we describe the components of the fluorescence detector including its optical system, the design of the camera, the electronics, and the systems for relative and absolute calibration. We also discuss the operation and the monitoring of the detector. Finally, we evaluate the detector performance and precision of shower reconstructions. (C) 2010 Elsevier B.V All rights reserved.

A search for anisotropy in the arrival directions of ultra high energy cosmic rays recorded at the Pierre Auger Observatory

Observations of cosmic rays arrival directions made with the Pierre Auger Observatory have previously provided evidence of anisotropy at the 99% CL using the correlation of ultra high energy cosmic rays (UHECRs) with objects drawn from the Veron-Cetty Veron catalog. In this paper we report on the use of three catalog independent methods to search for anisotropy. The 2pt-L, 2pt+ and 3pt methods, each giving a different measure of self-clustering in arrival directions, were tested on mock cosmic ray data sets to study the impacts of sample size and magnetic smearing on their results, accounting for both angular and energy resolutions. If the sources of UHECRs follow the same large scale structure as ordinary galaxies in the local Universe and if UHECRs are deflected no more than a few degrees, a study of mock maps suggests that these three method can efficiently respond to the resulting anisotropy with a P-value = 1.0% or smaller with data sets as few as 100 events. using data taken from January 1, 2004 to July 31, 2010 we examined the 20, 30, ... , 110 highest energy events with a corresponding minimum energy threshold of about 49.3 EeV. The minimum P-values found were 13.5% using the 2pt-L method, 1.0% using the 2pt+ method and 1.1% using the 3pt method for the highest 100 energy events. In view of the multiple (correlated) scans performed on the data set, these catalog-independent methods do not yield strong evidence of anisotropy in the highest energy cosmic rays.

Description of atmospheric conditions at the Pierre Auger Observatory using the Global Data Assimilation System (GDAS)

Atmospheric conditions at the site of a cosmic ray observatory must be known for reconstructing observed extensive air showers. The Global Data Assimilation System (GDAS) is a global atmospheric model predicated on meteorological measurements and numerical weather predictions. GDAS provides altitude-dependent profiles of the main state variables of the atmosphere like temperature, pressure, and humidity. The original data and their application to the air shower reconstruction of the Pierre Auger Observatory are described. By comparisons with radiosonde and weather station measurements obtained on-site in Malargue and averaged monthly models, the utility of the GDAS data is shown. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Antennas for the detection of radio emission pulses from cosmic-ray induced air showers at the Pierre Auger Observatory

The Pierre Auger Observatory is exploring the potential of the radio detection technique to study extensive air showers induced by ultra-high energy cosmic rays. The Auger Engineering Radio Array (AERA) addresses both technological and scientific aspects of the radio technique. A first phase of AERA has been operating since September 2010 with detector stations observing radio signals at frequencies between 30 and 80 MHz. In this paper we present comparative studies to identify and optimize the antenna design for the final configuration of AERA consisting of 160 individual radio detector stations. The transient nature of the air shower signal requires a detailed description of the antenna sensor. As the ultra-wideband reception of pulses is not widely discussed in antenna literature, we review the relevant antenna characteristics and enhance theoretical considerations towards the impulse response of antennas including polarization effects and multiple signal reflections. On the basis of the vector effective length we study the transient response characteristics of three candidate antennas in the time domain. Observing the variation of the continuous galactic background intensity we rank the antennas with respect to the noise level added to the galactic signal.

The rapid atmospheric monitoring system of the Pierre Auger Observatory

The Pierre Auger Observatory is a facility built to detect air showers produced by cosmic rays above 10(17) eV. During clear nights with a low illuminated moon fraction, the UV fluorescence light produced by air showers is recorded by optical telescopes at the Observatory. To correct the observations for variations in atmospheric conditions, atmospheric monitoring is performed at regular intervals ranging from several minutes (for cloud identification) to several hours (for aerosol conditions) to several days (for vertical profiles of temperature, pressure, and humidity). In 2009, the monitoring program was upgraded to allow for additional targeted measurements of atmospheric conditions shortly after the detection of air showers of special interest, e. g., showers produced by very high-energy cosmic rays or showers with atypical longitudinal profiles. The former events are of particular importance for the determination of the energy scale of the Observatory, and the latter are characteristic of unusual air shower physics or exotic primary particle types. The purpose of targeted (or "rapid") monitoring is to improve the resolution of the atmospheric measurements for such events. In this paper, we report on the implementation of the rapid monitoring program and its current status. The rapid monitoring data have been analyzed and applied to the reconstruction of air showers of high interest, and indicate that the air fluorescence measurements affected by clouds and aerosols are effectively corrected using measurements from the regular atmospheric monitoring program. We find that the rapid monitoring program has potential for supporting dedicated physics analyses beyond the standard event reconstruction.

SEARCH FOR POINT-LIKE SOURCES OF ULTRA-HIGH ENERGY NEUTRINOS AT THE PIERRE AUGER OBSERVATORY AND IMPROVED LIMIT ON THE DIFFUSE FLUX OF TAU NEUTRINOS

The surface detector array of the Pierre Auger Observatory can detect neutrinos with energy E-nu between 10(17) eV and 10(20) eV from point-like sources across the sky south of +55 degrees and north of -65 degrees declinations. A search has been performed for highly inclined extensive air showers produced by the interaction of neutrinos of all flavors in the atmosphere (downward-going neutrinos), and by the decay of tau leptons originating from tau neutrino interactions in Earth's crust (Earth-skimming neutrinos). No candidate neutrinos have been found in data up to 2010 May 31. This corresponds to an equivalent exposure of similar to 3.5 years of a full surface detector array for the Earth-skimming channel and similar to 2 years for the downward-going channel. An improved upper limit on the diffuse flux of tau neutrinos has been derived. Upper limits on the neutrino flux from point-like sources have been derived as a function of the source declination. Assuming a differential neutrino flux k(PS) . E-nu(-2). from a point-like source, 90% confidence level upper limits for k(PS) at the level of approximate to 5x10(-7) and 2.5x10(-6) GeV cm(-2) s(-1) have been obtained over a broad range of declinations from the searches for Earth-skimming and downward-going neutrinos, respectively.

A search for point sources of EeV neutrons

A thorough search of the sky exposed at the Pierre Auger Cosmic Ray Observatory reveals no statistically significant excess of events in any small solid angle that would be indicative of a flux of neutral particles from a discrete source. The search covers from -90 degrees to +15 degrees in declination using four different energy ranges above 1 EeV (10(18) eV). The method used in this search is more sensitive to neutrons than to photons. The upper limit on a neutron flux is derived for a dense grid of directions for each of the four energy ranges. These results constrain scenarios for the production of ultrahigh energy cosmic rays in the Galaxy.

LARGE-SCALE DISTRIBUTION OF ARRIVAL DIRECTIONS OF COSMIC RAYS DETECTED ABOVE 10(18) eV AT THE PIERRE AUGER OBSERVATORY

A thorough search for large-scale anisotropies in the distribution of arrival directions of cosmic rays detected above 10(18) eV at the Pierre Auger Observatory is presented. This search is performed as a function of both declination and right ascension in several energy ranges above 10(18) eV, and reported in terms of dipolar and quadrupolar coefficients. Within the systematic uncertainties, no significant deviation from isotropy is revealed. Assuming that any cosmic-ray anisotropy is dominated by dipole and quadrupole moments in this energy range, upper limits on their amplitudes are derived. These upper limits allow us to test the origin of cosmic rays above 10(18) eV from stationary Galactic sources densely distributed in the Galactic disk and predominantly emitting light particles in all directions.

Modellazione numerica del comportamento di una struttura in muratura

In questi ultimi anni il tema della sicurezza sismica degli edifici storici in muratura ha assunto particolare rilievo in quanto a partire soprattutto dall’ordinanza 3274 del 2003, emanata in seguito al sisma che colpì il Molise nel 2002, la normativa ha imposto un monitoraggio ed una classificazione degli edifici storici sotto tutela per quanto riguarda la vulnerabilità sismica (nel 2008, quest’anno, scade il termine per attuare quest’opera di classificazione). Si è posto per questo in modo più urgente il problema dello studio del comportamento degli edifici storici (non solo quelli che costituiscono monumento, ma anche e soprattutto quelli minori) e della loro sicurezza. Le Linee Guida di applicazione dell’Ordinanza 3274 nascono con l’intento di fornire strumenti e metodologie semplici ed efficaci per affrontare questo studio nei tempi previsti. Il problema si pone in modo particolare per le chiese, presenti in grande quantità sul territorio italiano e di cui costituiscono gran parte del patrimonio culturale; questi edifici, composti di solito da grandi elementi murari, non presentano comportamento scatolare, mancando orizzontamenti, elementi di collegamento efficace e muri di spina interni e sono particolarmente vulnerabili ad azioni sismiche; presentano inoltre un comportamento strutturale a sollecitazioni orizzontali che non può essere colto con un approccio globale basato, ad esempio, su un’analisi modale lineare: non ci sono modi di vibrare che coinvolgano una sufficiente parte di massa della struttura; si hanno valori dei coefficienti di partecipazione dei varii modi di vibrare minori del 10% (in generale molto più bassi). Per questo motivo l’esperienza e l’osservazione di casi reali suggeriscono un approccio di studio degli edifici storici sacri in muratura attraverso l’analisi della sicurezza sismica dei cosiddetti “macroelementi” in cui si può suddividere un edificio murario, i quali sono elementi che presentano un comportamento strutturale autonomo. Questo lavoro si inserisce in uno studio più ampio iniziato con una tesi di laurea dal titolo “Analisi Limite di Strutture in Muratura. Teoria e Applicazione all'Arco Trionfale” (M. Temprati), che ha studiato il comportamento dell’arco trionfale della chiesa collegiata di Santa Maria del Borgo a San Nicandro Garganico (FG). Suddividere un edificio in muratura in più elementi è il metodo proposto nelle Linee Guida, di cui si parla nel primo capitolo del presente lavoro: la vulnerabilità delle strutture può essere studiata tramite il moltiplicatore di collasso quale parametro in grado di esprimere il livello di sicurezza sismica. Nel secondo capitolo si illustra il calcolo degli indici di vulnerabilità e delle accelerazioni di danno per la chiesa di Santa Maria del Borgo, attraverso la compilazione delle schede dette “di II livello”, secondo quanto indicato nelle Linee Guida. Nel terzo capitolo viene riportato il calcolo del moltiplicatore di collasso a ribaltamento della facciata della chiesa. Su questo elemento si è incentrata l’attenzione nel presente lavoro. A causa della complessità dello schema strutturale della facciata connessa ad altri elementi dell’edificio, si è fatto uso del codice di calcolo agli elementi finiti ABAQUS. Della modellazione del materiale e del settaggio dei parametri del software si è discusso nel quarto capitolo. Nel quinto capitolo si illustra l’analisi condotta tramite ABAQUS sullo stesso schema della facciata utilizzato per il calcolo manuale nel capitolo tre: l’utilizzo combinato dell’analisi cinematica e del metodo agli elementi finiti permette per esempi semplici di convalidare i risultati ottenibili con un’analisi non-lineare agli elementi finiti e di estenderne la validità a schemi più completi e più complessi. Nel sesto capitolo infatti si riportano i risultati delle analisi condotte con ABAQUS su schemi strutturali in cui si considerano anche gli elementi connessi alla facciata. Si riesce in questo modo ad individuare con chiarezza il meccanismo di collasso di più facile attivazione per la facciata e a trarre importanti informazioni sul comportamento strutturale delle varie parti, anche in vista di un intervento di ristrutturazione e miglioramento sismico.

Collegamento della secante di Cesena SS 9 via Emilia verso nord

Prima di parlare di lotto zero, credo sia opportuno inquadrare in modo più preciso il significato che riveste la Secante per Cesena. La Secante è senza dubbio l’opera più rilevante e strategica in assoluto degli ultimi decenni ed è destinata a incidere in modo profondo (almeno così ci auguriamo) sulla vita della città, contribuendo a migliorarla sensibilmente. A questa arteria è affidato il compito di raccogliere tutto il traffico di attraversamento di Cesena, e specialmente quello rappresentato dai mezzi pesanti, che gravita principalmente sulla via Emilia, creando da tempo una situazione difficile, ma che negli ultimi anni è divenuta pressoché insostenibile: sono molte migliaia i veicoli che ogni giorno percorrono questa strada che già dalla fine degli anni Sessanta ha cessato di essere periferica e che ai giorni nostri fa ormai parte del centro urbano. La Secante, una volta completata, porrà un rimedio definitivo a questa situazione: secondo le previsioni, sarà in grado di smaltire in modo efficiente circa 40mila veicoli al giorno e, quindi, di rispondere alle necessità di circolazione della città per almeno i prossimi 20-30 anni. Proprio per l’importanza che il nuovo asse di collegamento riveste, diventa fondamentale garantirne la massima fruibilità, dedicando estrema attenzione non solo alla funzionalità della struttura in sé ( per altro progettata con criteri d’avanguardia, soprattutto per la parte in galleria, che si configura come il primo eco-tunnel italiano ), ma anche al complesso delle opere di collegamento con la viabilità preesistente: svincoli, nodi stradali, nuove connessioni. È in questo quadro che si inserisce il cosiddetto “lotto zero”, cioè quel tratto stradale che prolungherà il primo lotto della Secante verso Forlì e avrà una lunghezza pari a circa 1 chilometro. Entrando nel dettaglio, questo lotto dovrà portare il traffico in uscita dalla Secante dalla via comunale San Cristoforo alla via Provinciale San Giuseppe, sicuramente più idonea a sopportare l’importante mole di traffico veicolare e meglio collegata alla viabilità principale. Il lotto zero si congiungerà con la via Emilia attraverso la già esistente rotatoria davanti al cimitero di Diegaro. Naturalmente, il nuovo tratto sarà dotato di barriere acustiche: si è pensato a strutture in lamiera di acciaio, con funzioni fonoassorbenti e fonoisolanti, per una lunghezza totale di circa 310 metri. Il costo complessivo dell’opera si aggira intorno ai 25 milioni di euro. Il Comune di Cesena considera questo intervento irrinunciabile, e per questo si stanno valutando le soluzioni più opportune per una sua realizzazione in tempi ragionevolmente brevi. Non a caso, per accelerare le procedure già nel 2004 l’Amministrazione Comunale di Cesena e l’Amministrazione Provinciale di Forlì – Cesena hanno deciso di finanziare direttamente il progetto, e sono stati avviati contatti con i ministeri delle Infrastrutture e dell’Ambiente per sollecitarne l’approvazione e la conseguente disponibilità di fondi. D’altro canto, non si può dimenticare che il lotto zero s’inserisce nella necessità più complessiva di un nuovo assetto della viabilità del territorio, che troverà una risposta definitiva con il progetto della cosiddetta via Emilia bis. Si tratta di un intervento prioritario non solo per Cesena, ma per tutta la Romagna, e che acquisisce un significato ancor più rilevante alla luce del recente progetto relativo alla Civitavecchia-Orte-Cesena-Ravenna-Mestre. In quest’ottica, il lotto zero assume una funzione indispensabile per armonizzare la grande circolazione che gravita sul nodo cesenate, destinato a diventare ancora più rilevante nel momento in cui si svilupperà la dorsale autostradale appenninica, la futura E45/E55.

Evoluzione del progetto casa: un modello di rappresentazione

Il tema della casa, e più in generale dell’abitare, è argomento tornato al centro del dibattito sociale più di quanto non sia avvenuto in campo tecnico‐architettonico. Sono infatti abbastanza evidenti i limiti delle proposte che nel recente passato sono state, di norma, elaborate nelle nostre città, proposte molto spesso incapaci di tener conto delle molteplici dimensioni che l’evoluzione dei costumi e della struttura urbana e sociale ha indotto anche nella sfera della residenza e che sono legate a mutate condizioni lavorative, alla diversità di cultura e di religione di nuovi gruppi etnici insediati, alla struttura dei nuclei familiari (ove ancora esistano) ed a molti altri fattori; cambiate le esigenze, un tempo composte nella struttura della famiglia, sono cambiati desideri e richieste mentre l’apparato normativo è rimasto strutturato su modelli sociali ed economici superati. Il tema dunque assume, oggi più che mai, connotazioni con forti relazioni fra problematiche funzionali, tecnologiche e simboliche. Stimolata da queste osservazioni generali, la ricerca si è mossa partendo da un’analisi di casi realizzati nel periodo storico in cui si è esaurita, in Italia, l’emergenza abitativa post‐bellica, nell’intento di riconsiderare l’approccio vitale che era stato messo in campo in quella drammatica circostanza, ma già consapevole che lo sviluppo che avrebbe poi avuto sarebbe stato molto più circoscritto. La tesi infatti, dopo aver osservato rapidamente la consistenza tipologica ed architettonica di quegli interventi, per trarne suggestioni capaci di suggerire un credibile e nuovo prototipo da indagare, attraverso un’analisi comparativa sugli strumenti oggi disponibili per la comunicazione e gestione del progetto, si è soffermata sulla potenzialità delle nuove tecnologie dell'informazione (IT). Non si può infatti non osservare che esse hanno modificato non solo il modo di vivere, di lavorare, di produrre documenti e di scambiare informazioni, ma anche quello di controllare il processo di progetto. Il fenomeno è tuttora in corso ma è del tutto evidente che anche l'attività progettuale, seppure in un settore quale è quello dell'industria edilizia, caratterizzato da una notevole inerzia al cambiamento e restio all'innovazione, grazie alle nuove tecnologie ha conosciuto profonde trasformazioni (già iniziate con l’avvento del CAD) che hanno accelerato il progressivo mutamento delle procedure di rappresentazione e documentazione digitale del progetto. Su questo tema quindi si è concentrata la ricerca e la sperimentazione, valutando che l'”archivio di progetto integrato”, (ovvero IPDB ‐ Integrated Project Database) è, probabilmente, destinato a sostituire il concetto di CAD (utilizzato fino ad ora per il settore edilizio ed inteso quale strumento di elaborazione digitale, principalmente grafica ma non solo). Si è esplorata quindi, in una prima esperienza di progetto, la potenzialità e le caratteristiche del BIM (Building Information Model) per verificare se esso si dimostra realmente capace di formulare un archivio informativo, di sostegno al progetto per tutto il ciclo di vita del fabbricato, ed in grado di definirne il modello tridimensionale virtuale a partire dai suoi componenti ed a collezionare informazioni delle geometrie, delle caratteristiche fisiche dei materiali, della stima dei costi di costruzione, delle valutazioni sulle performance di materiali e componenti, delle scadenze manutentive, delle informazioni relative a contratti e procedure di appalto. La ricerca analizza la strutturazione del progetto di un edificio residenziale e presenta una costruzione teorica di modello finalizzata alla comunicazione e gestione della pianificazione, aperta a tutti i soggetti coinvolti nel processo edilizio e basata sulle potenzialità dell’approccio parametrico.

Amenagement du territoire autour des sites Seveso: comparaison entre les approches en Italie et en region Wallonne

Il continuo verificarsi di gravi incidenti nei grandi impianti industriali ha spinto gli Stati membri dell’Unione Europea a dotarsi di una politica comune in materia di prevenzione dei grandi rischi industriali. Anche a seguito della pressione esercitata dall’opinione pubblica sono state implementate, nel corso degli ultimi quarant’anni, misure legislative sempre più efficaci per la prevenzione e la mitigazione dei rischi legati ad attività industriali particolarmente pericolose. A partire dagli ultimi anni dello scorso secolo, l’Unione Europea ha emanato una serie di direttive che obbligano gli Stati membri ad essere garanti della sicurezza per l’uomo e per l’ambiente nelle zone circostanti a stabilimenti a rischio di incidente rilevante. In quest’ottica è stata pubblicata nel 1982 la Direttiva Seveso I [82/501/EEC], che è stata ampliata nel 1996 dalla Direttiva Seveso II [96/82/CE] ed infine emendata nel dicembre 2003 dalla Direttiva Seveso III [2003/105/CE]. Le Direttive Seveso prevedono la realizzazione negli Stati membri di una valutazione dei rischi per gli stabilimenti industriali che sono suscettibili a incendi, esplosioni o rilasci di gas tossici (quali, ad esempio, le industrie chimiche, le raffinerie, i depositi di sostanze pericolose). La Direttiva Seveso II è stata trasposta in legge belga attraverso “l’Accord de Coopération” del 21 giugno 1999. Una legge federale nel giugno del 2001 [M.B. 16/06/2001] mette in vigore “l’Accord de Coopération”, che è stato in seguito emendato e pubblicato il 26 aprile del 2007 [M.B. 26/04/2007]. A livello della Regione Vallona (in Belgio), la tematica del rischio di incidente rilevante è stata inclusa nelle disposizioni decretali del Codice Vallone della Pianificazione Territoriale, dell’Urbanismo e del Patrimonio [CWATUP]. In questo quadro la Regione Vallona ha elaborato in collaborazione con la FPMs (Faculté Polytechnique de Mons) una dettagliata metodologia di analisi del rischio per gli stabilimenti a rischio di incidente rilevante. In Italia la Direttiva Seveso II è stata recepita dal Decreto Legislativo n°334 emanato nell’agosto del 1999 [D. Lgs. 334/99], che ha introdotto per la prima volta nel quadro normativo italiano i concetti fondamentali di “controllo dell’urbanizzazione” e “requisiti minimi di sicurezza per la pianificazione territoriale”. Il Decreto Legislativo 334/99 è attualmente in vigore, modificato ed integrato dal Decreto Legislativo n°238 del 21 settembre 2005 [D. Lgs. 238/05], recepimento italiano della Direttiva Seveso III. Tra i decreti attuativi del Decreto Legislativo 334/99 occorre citare il Decreto Ministeriale n°151 del 2001 [D. M. 151/01] relativo alla pianificazione territoriale nell’intorno degli stabilimenti a rischio di incidente rilevante. L’obiettivo di questo lavoro di tesi, che è stato sviluppato presso la Faculté Polytechnique di Mons, è quello di analizzare la metodologia di quantificazione del rischio adottata nella Regione Vallona, con riferimento alla pianificazione territoriale intorno agli stabilimenti a rischio di incidente rilevante, e di confrontarla con quella applicata in Italia. La metodologia applicata in Vallonia è di tipo “probabilistico” ovvero basata sul rischio quale funzione delle frequenze di accadimento e delle conseguenze degli scenari incidentali. Il metodo utilizzato in Italia è “ibrido”, ovvero considera sia le frequenze che le conseguenze degli scenari incidentali, ma non la loro ricomposizione all’interno di un indice di rischio. In seguito al confronto teorico delle due metodologie, se ne è effettuato anche una comparazione pratica tramite la loro applicazione ad un deposito di GPL. Il confronto ha messo in luce come manchino, nella legislazione italiana relativa agli stabilimenti a rischio di incidente rilevante, indicazioni di dettaglio per la quantificazione del rischio, a differenza di quanto accade nella legislazione belga. Ciò lascia all’analista di rischio italiano una notevole arbitrarietà nell’effettuare ipotesi ed assunzioni che rendono poi difficile la comparazione del rischio di stabilimenti differenti. L’auspicio è che tale lacuna possa essere rapidamente superata.