Ricercatori Unict collaborano a un progetto giapponese che utilizza le particelle elementari per sperimentare tecnologie di geolocalizzazione alternative e più efficaci
Ricercatori dell’Università di Catania affiancano un team di scienziati giapponesi che ha realizzato un prototipo di navigatorewireless in grado di sfruttare le proprietà dei muoni, particelle elementari simili agli elettroni, capaci di attraversare superfici molto spesse, anziché i tradizionali segnali elettromagnetici utilizzati dal sistema di posizionamento globale Gps.
Il prof. Domenico Lo Presti, associato di Fisica sperimentale al dipartimento di Fisica e Astronomia dell'Università di Catania, è, infatti, membro di una collaborazione con il prof. Hiroyuki K.M. Tanaka dell’Università di Tokyo e coautore, insieme con il dott. Giuseppe Gallo, di una pubblicazione su “iScience” dal titolo First navigation with wireless muometric navigation system (MuWNS) in indoor and underground environments.
Il vantaggio derivante da questa scoperta potrebbe essere quello di ottenere dispositivi che permettono la geolocalizzazione in ambienti sotterranei e acquatici, come si mette in evidenza anche nell’articolo realizzato da Matteo Serra per la rivista Le Scienze, superando così i limiti dei tradizionali segnali Gps che non riescono a penetrare in ambienti rocciosi e nell’acqua profonda, subendo oltretutto riflessioni o deviazioni quando entrano a contatto con numerose superfici e materiali.
Scoperti nel 1936 dai fisici americani Carl David Anderson e Seth Neddermeyer, i muoni sono particelle dotate di carica negativa e di una massa circa 200 volte maggiore degli elettroni, derivanti prevalentemente dall’interazione dei raggi cosmici con gli strati superiori dell’atmosfera.
Sono particelle molto instabili, destinate a decadere in un intervallo di tempo medio di circa due microsecondi. Una volta arrivati sulla Terra, hanno la capacità di attraversare centinaia di metri di roccia, in maniera quasi del tutto indisturbata: tale proprietà viene ad esempio già utilizzata da tempo per lo studio di sistemi naturali, come i vulcani, o di ambienti difficilmente accessibili.
Il gruppo di ricerca guidato dal prof. Lo Presti da diversi anni si occupa dello sviluppo di diverse applicazioni delle tecniche muografiche, ad esempio sul cratere di Nord Est dell’Etna, a 3100 metri sul livello del mare, oppure tramite un sistema di monitoraggio proattivo della stabilità di edifici storici basato sul tracciamento di muoni, come caso d'uso del progetto Po-Fesr 3DLab-Sicilia.
Sistema di monitoraggio sul cratere di Nord Est dell’Etna
Nello stesso ambito, il gruppo etneo ha realizzato in collaborazione con il Wigner Research Centre for Physics (Ungheria) la muografia (radiografia mediante tracciamento di muoni) della rocca alla base del Castello Manfredonico di Mussomeli nel Nisseno, alla ricerca di cavità nascoste.
«Grazie al nostro lavoro e ai nostri risultati – spiega il prof. Lo Presti - siamo entrati a far parte della comunità internazionale di muografi, partecipando a diverse proposte di progetti europei in fase di valutazione».
Il team del prof. Tanaka ha concentrato le proprie attività sullo sviluppo di tecnologie di navigazione alternative e più efficaci, sfruttando inizialmente un sistema basato su due rivelatori di muoni posti in posizioni diverse, una nota e l’altra da determinare, e ricavando la posizione sconosciuta attraverso la misurazione del tempo intercorso durante il passaggio di un muone tra i due strumenti.
La ricerca più recente – che convalida l’efficacia della tecnica sperimentata nel 2020 - fa invece leva su un sistema di navigazione senza fili, chiamato Muometric wireless navigation system (MuWNS), con strumenti di misurazione temporale maggiormente sincronizzati attraverso orologi al quarzo ad alta precisione, e i risultati garantiscono un’approssimazione paragonabile a quella relativa alla geolocalizzazione urbana.
«La possibilità di avere a disposizione un sistema di navigazione efficiente anche in ambienti sotterranei o subacquei – secondo il prof. Lo Presti - può aprire la strada, per esempio, all’uso di robot e veicoli autonomi in zone prive di localizzazione Gps e non facilmente raggiungibili per gli esseri umani, per operazioni di salvataggio o anche per obiettivi di ricerca scientifica. Per esempio, si potrebbe agevolmente misurare la deformazione del suolo sottomarino a seguito di attività vulcanica o sismica».