Questa repository fa parte del topic: https://github.com/topics/ekar-muon-detector-project

Analisi comparativa EKAR vs OULU: Risposta al Forbush Decrease generato dall'X-Flare del 18/01/2026

Obiettivo dell'Analisi

• Validare e caratterizzare il rivelatore di muoni EKAR (bassa statistica $\approx 230$ CPM) confrontandolo con il monitor di neutroni OULU (alta statistica $\approx 5000$ CPM, standard scientifico), durante un evento di attività solare significativo (Forbush Decrease).

• Quantificare come la diversa fisica (Muoni vs Neutroni) e la diversa posizione geografica influenzano le misure.

Metodologia

Poiché OULU ha una risoluzione temporale e statistica molto superiore, vengono eseguiti diversi passaggi di resampling e scaling:

• Resampling: trasformazione dei dati ad alta frequenza di OULU in una banda di confidenza oraria (Min-Max e IRQ).

• Scaling: Stima del coefficiente $k \approx 0.043$ per portare l'intensità del segnale di OULU alla scala di EKAR.

L'assunzione è: se EKAR misurasse esattamente la stessa fisica di OULU, il suo segnale dovrebbe rimanere confinato dentro questa banda.

Analisi Effettuate

Sono state eseguite tre analisi principali, ognuna con uno scopo specifico:

Analisi del Posizionamento (Fan Chart)

Verifica della stabilità del segnale e della risposta all'evento, sovrapponendo il trend di EKAR alle bande di confidenza di OULU.

Risultato:

• In fase di quiete, EKAR naviga stabilmente dentro la banda.

• Durante Forbush Decrease, EKAR esce dalla banda andando in Overshoot.

Interpretazione: EKAR subisce una diminuzione percentuale minore rispetto a OULU poiché i muoni, generati da raggi cosmici primari più energetici, sono meno influenzati dal campo magnetico terrestre.

Cross-Correlazione

Quantificare il ritardo temporale tra i due strumenti, dovuto alla diversa posizione geografica, tramite cross-correlazione sui dati orari.

Risultato: si ha un ritardo sistematico di +2 ore per EKAR rispetto a OULU.

Interpretazione: Questo ritardo è la somma di due fattori:

1. Rotazione Terrestre: Differenza di longitudine (~1 ora).

2. Fisica (Rigidità): La diversa curvatura delle particelle nel campo magnetico terrestre fa sì che EKAR "guardi" in una direzione asintotica diversa.

Tale risultato è confermato da una precedente analisi dove si confrontava l'andamento giorno-notte dei conteggi per i due rilevatori.

Spazio delle Fasi

Studiare la dinamica dell'evento ovvero come il sistema reagisce e recupera, plottando OULU sull'asse $x$ e EKAR sull'asse $y$, colorando i punti in base al tempo.

Risultato: è visibile un ciclo di isteresi, un loop antiorario invece di una linea retta.

Interpretazione: EKAR recupera il livello di segnale pre-evento molto più velocemente di OULU. Le particelle ad alta energia risentono meno del disturbo magnetico rispetto a quelle a bassa energia.

Conclusioni

Nonostante la bassa statistica e il rumore intrinseco (che richiede smoothing come la media mobile), EKAR è validato e vede la stessa fisica di OULU.

La differenza fondamentale è la Rigidità di Taglio $R_c$ :

• OULU (~0.8 GV): Misura neutroni generati da primari di bassa energia. È sensibilissimo alle variazioni solari con picchi profondi e recuperi più lenti.

• EKAR (~4.0 GV): Misura muoni generati da primari di alta energia. È meno sensibile con picchi meno marcati durante le tempeste solari e recuperi veloci.

Infine, il ritardo di 2 ore non è un difetto, ma una caratteristica del suo cono di accettazione nel campo geomagnetico e della posizione relativa.

In conclusione, EKAR è uno strumento complementare e molto meno costoso (EKAR $\sim$ 2800€ vs OULU più di 250 mila € solo il rivelatore) che sonda una porzione più energetica dello spettro dei raggi cosmici.

Ho creato quest'animazione utilizzando python per il grafico e inserendolo ai video scaricati da: NASA/SDO (AIA), ESA/NASA SOHO (LASCO C3), NASA STEREO-A (SECCHI COR2)