Simulazioni Geant4 di muografie vulcaniche con telescopi Cherenkov

Negli ultimi anni sono stati fatti grandi passi in avanti nel campo della muografia vulcanica. Questa tecnica sfrutta l'elevato potere penetrante dei muoni prodotti dall'interazione dei raggi cosmici primari con l'atmosfera terrestre per ricavare informazioni sulla struttura interna degli edifici vulcanici. La muografia permette di monitorare variazioni di densità utili a determinare lo stato di attività di un vulcano e ridurre il rischio associato. La principale difficoltà nell'applicazione della tecnica è data dal rumore di fondo di cui soffrono i rivelatori comunemente utilizzati. Per migliorare il rapporto segnale-rumore sono necessarie diverse lastre schermanti di piombo e ferro che rendono il rivelatore costoso e difficile da trasportare. Per far fronte a questi problemi, recentemente è stato proposto l'utilizzo di telescopi Cherenkov dedicati alla muografia. Questi non soffrono del rumore di fondo degli altri rivelatori e possono essere progettati con una struttura di supporto leggera e facilmente trasportabile. Questo lavoro di tesi si propone come uno studio preliminare di fattibilità necessario per lo sviluppo dell'ottica e dell'elettronica di un telescopio Cherenkov per la muografia vulcanica. A tal fine, ho sviluppato un software di simulazione basato su Geant4, un framework dedicato all'interazione delle particelle con la materia, che simula il passaggio dei muoni atmosferici attraverso un modello di edificio vulcanico e lo strato di atmosfera che lo separa dal telescopio, e la produzione di fotoni Cherenkov. Per studiare la rivelazione di questi, ho utilizzato il simulatore del prototipo di telescopio Cherenkov di piccola dimensione ASTRI SST-2M progettato per CTA e ho implementato un metodo per ricostruire la direzione dei muoni a partire dalle immagini ottenute con il simulatore. Il modello vulcanico utilizzato si basa sulle caratteristiche del Cratere Sud-Est del Monte Etna, il quale è visibile dal sito di installazione di ASTRI.