La costruzione del quadro sperimentale della fisica dei raggi cosmici richiede studi di natura diversa, quali degli spettri energetici e della composizione primaria, delle anisotropie, dei primari neutri: gamma e neutrini. L'esperimento EAS-TOP e' quindi stato progettato per lo studio di questi diversi aspetti della fisica dei raggi cosmici nella regione energetica E₀ = 10¹³-10¹⁶ eV, cioe' tra le misure dirette ed i grandi apparati dedicati alla rivelazione degli Sciami Estesi Atmosferici (EAS). Questa regione include il "ginocchio" dello spettro primario (E₀ = 10¹⁵-10¹⁶ eV), la cui spiegazione potrebbe fornire una chiave per la comprensione della radiazione cosmica galattica. Questi studi richiedono la rivelazione delle diverse componenti degli EAS (elettromagnetica, adronica, Cerenkov, muonica con diverse soglie energetiche), che sono essenziali per verificare le principali caratteristiche delle interazioni adroniche alle piu' alte energie e quindi poter estrapolare con opportuni modelli i dati ottenuti agli acceleratori. Viceversa, verso le piu' basse energie (E₀ = 10¹³-10¹⁴ eV), le misure si sovrappongono a quelle "dirette", e forniscono percio' una verifica delle metodologie usate nelle analisi degli EAS, e nuove informazioni nella regione in cui gli esperimenti operanti su palloni o satelliti hanno bassa statistica, e la determinazione dell'energia non e' piu' calorimetrica. 

In entrambe le regioni energetiche la posizione di EAS-TOP, al di sopra dei laboratori sotterranei del Gran Sasso, con la possibilita' (unica) di misure correlate fornisce la possibilita' di sfruttare il numero di muoni di energia oltre il TeV. Questo rappresenta una nuova, importante osservabile che fornisce: 

a) per le analisi al ginocchio il contenuto di secondari di alta energia prodotti oltre la regione centrale,

b) alle piu' basse energie la selezione di primari basata sulla loro energia/nucleone, e la ricostruzione della geometria dello sciame. 

Inoltre questa connessione tra i dati in superficie e quelli a grande profondita' fornisce nuove informazioni per la interpretazione delle stesse misure nei laboratori sotterranei, in termini di fondi e frequenze di eventi osservati. 

Foto 1. Vista aerea di una  parte dell'array di EAS-TOP in inverno. I moduli elettromagnetici sono visibili fuori dalla neve; il rivelatore di muoni si trova nella baracca nella parte superiore della foto.

L'apparato, posto a Campo Imperatore, 2000 m s.l.m., 30º rispetto alla verticale dei laboratori sotterranei del Gran Sasso, e' stato in presa dati, in diverse configurazioni, dal gennaio 1989 al maggio 2000. Sono stati riportati risultati in diversi settori della fisica cosmica, quali: 

(i) gli spettri primari di protoni ed alfa nella regione di sovrapposizione ed estendendo le misure dirette, 

(ii) le caratteristiche del ginocchio nelle diverse componenti degli EAS, 

(iii) lo spettro e la composizione primaria nella regione del ginocchio, 

(iv) la fenomenologia degli Sciami Estesi Atmosferici, 

(v) le anisotropie dei primari, 

(vi) i primari gamma, 

(vii) l'origine degli sciami penetranti osservati a grande angolo, 

(viii) alcuni aspetti delle interazioni di altissima energia rilevanti per la interpretazione dei dati in EAS (sezione d'urto protone-aria, eventi a grande momento trasverso, affidabilita' dei modelli di interazione utilizzati).  

Foto 2.  Vista del rivelatore di muoni e adroni di EAS-TOP .

Il rivelatore EAS-TOP consisteva di: 

- il rivelatore elettromagnetico (foto 1): 35 moduli di scintillatore, 10 m² ciascuno, completamente efficiente per N_e>105, per la misura del size elettromagnetico dell'EAS (Ne), della posizione dell'asse, e della direzione d'arrivo; 

- il rivelatore di muoni ed adroni (foto 2): un calorimetro di 140 m², composto da 9 strati di ferro di 13 cm ciascuno, e tubi di Iarocci quali elementi attivi, operanti in modo "quasi proporzionale" per la calorimetria adronica ad E_h>50 GeV, ed in streamer per la ricostruzione delle tracce dei mu ad E_µ>1 GeV; 

- il rivelatore di luce Cerenkov atmosferica (foto 3): 8 telescopi traccianti, equipaggiati con raccoglitori di luce di superficie 0.5 m², visti sia da rivelatori a grande risoluzione (1.5 10-5 sr per 96 pixels), che di grande apertura angolare (7 PMT per un totale di 0.16 sr); 

- 3 antenne per la rivelazione della emissione radio dagli EAS; 

Esso inoltre, operava in coincidenza con i rivelatori di muoni installati nei laboratori sotterranei MACRO ed LVD (E_µ > 1.3 TeV; superficie totale A_µ ^TeV ≈1000 m²). 

Foto 3. Alba su uno dei telescopi Cherenkov di EAS-TOP.