Icarus: neutrini in 3D sotto il Gran Sasso

Oggi viene inaugurato ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN l’esperimento ICARUS (Imaging Cosmic and Rare Underground Signals), progettato dal Premio Nobel Carlo Rubbia. ICARUS è entrato in funzione il 27 maggio 2010. Vanta una tecnologia unica al mondo ed è stato costruito in stretta collaborazione con le aziende italiane.

Oggi, 29 marzo, viene ufficialmente inaugurato nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN, l’esperimento ICARUS. L’esperimento è collocato nella Sala B dei laboratori sotterranei.

ICARUS ha iniziato a funzionare gradualmente dal 27 maggio dello scorso anno e fin dai primi istanti ha registrato dati, catturando le tracce dei rari raggi cosmici che raggiungono le profondità del laboratorio, ma soprattutto gli eventi delle interazioni dei neutrini del fascio proveniente dal CERN, che attraversa la crosta terrestre per oltre 700 chilometri e viene infine intercettato dal rivelatore dell’esperimento sotto la montagna abruzzese. L’esperimento, rivelando i neutrini artificiali, che dal CERN raggiungono i Laboratori del Gran Sasso studierà il fenomeno dell’oscillazione del neutrino, congiuntamente all’esperimento OPERA.

Oltre ai neutrini provenienti dal CERN di Ginevra, l’esperimento studierà anche quelli atmosferici e quelli prodotti dal Sole ed eventi straordinari che avvengono nel cosmo quali le esplosioni di supernovae e il collasso di stelle di neutroni. ICARUS ha inoltre un altro ambizioso obiettivo: l’osservazione del decadimento dei nucleoni (protoni e neutroni), fenomeno mai osservato finora ed inseguito dai fisici di tutto il mondo.

ICARUS è il più grande rivelatore ad argon liquido mai realizzato al mondo, che permette di disporre di immagini ad alta risoluzione degli eventi di interazione in tempo reale misurando le caratteristiche fisiche delle particelle prodotte negli eventi. Per costruirlo e metterlo in funzione ci sono voluti 20 anni di lavoro in ricerca e sviluppo che hanno prodotto una tecnologia unica nel suo genere di cui l’INFN è leader nel mondo, che permetterà di aprire nuovi orizzonti nella conoscenza dell’universo. L’installazione, il funzionamento e controllo continuo dell’apparato in sotterraneo testimoniano l’elevato livello tecnologico delle infrastrutture tecniche e di sicurezza del Laboratorio del Gran Sasso.

La Collaborazione ICARUS è costituita da fisici di numerose sedi INFN e Dipartimenti universitari italiani (L’Aquila, LNGS, Milano, Napoli, Padova, Pavia) nonché da gruppi di fisici polacchi, americani e russi.

Per Roberto Petronzio, presidente dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, “La scienza lavora sempre di più attraverso strumenti che ricostruiscono i dati, ma niente, alla fine, può sostituire l’osservazione diretta degli eventi, dove è possibile. ICARUS, in questo senso, è un rivelatore che, per così dire, scatta delle foto ai neutrini con un livello altissimo di visualizzazione elettronica. In qualche modo, è una versione ultramoderna delle prime camere a bolle, quelle che servivano per studiare i raggi cosmici”. Carlo Rubbia, portavoce e ideatore dell’esperimento sottolinea che ” ICARUS permetterà di studiare in modo innovativo ed originale le interazioni dovute ai neutrini, queste straordinarie particelle di fondamentale importanza per la conoscenza dell’Universo. Abbiamo oggi appreso che i neutrini non sono una semplice copia delle particelle elementari, ma che contengono delle caratteristiche uniche e ad essi specifiche. In particolare, i neutrini potrebbero essere la causa principale dell’esistenza della materia oscura, una delle più grandi scoperte degli ultimi anni. La materia oscura ci indica che ciò di cui siamo fatti, la materia adronica generata all’istante della cosmogenesi, non è la forma principale della materia dell’Universo. il 95% dell’ universo è ancora da scoprire !”

Per Lucia Votano, direttore dei LNGS “ICARUS è un apparato innovativo in grado di ricostruire in 3D qualunque interazione di particelle al suo interno.La capacità di operare in un laboratorio sotterraneo un apparato così grande e complesso costituisce un decisivo passo avanti verso la realizzazione di futuri esperimenti di decine di migliaia di tonnellate di Argon Liquido e insieme testimonia l’elevatissimo livello della tecnologia utilizzata nei Laboratori del Gran Sasso.”

Come funziona

ICARUS utilizza l’argon liquido per rilevare le tracce delle particelle ionizzanti prodotte dai raggi cosmici e dai neutrini. Questa tecnologia rappresenta concettualmente l’evoluzione della famosa camera a bolle, strumento costituito da un volume riempito con idrogeno o deuterio liquidi, in cui il passaggio delle particelle veniva rivelato fotografando le microbolle generate per ionizzazione. Le bolle permettevano di ricostruire con grande dettaglio le tracce delle particelle ionizzanti. ICARUS è un rivelatore a fili immerso in 600 tonnellate di argon liquido che permette di registrare elettronicamente il passaggio delle particelle, leggendo le cariche elettriche rilasciate lungo la traccia dal processo di ionizzazione, con velocità estremamente maggiore della camera a bolle conservando la stessa risoluzione spaziale ed energetica. Questo rivelatore si può considerare a pieno titolo il capostipite di una nuova serie di apparati sempre più evoluti con cui osservare l’Universo per studiarne le componenti fondamentali.

L’esperimento è stato realizzato in stretta collaborazione con l’industria nazionale. La meccanica estremamente raffinata del rivelatore (circa 54.000 fili d’acciaio tesi su grandi telai di dimensioni di circa 4 x 18 m2) è stata realizzata dalla Cinel Strumenti Scientifici. L’elettronica è stata costruita e ingegnerizzata in collaborazione con la CAEN Spa. Il criostato e l’impianto criogenico sono stati realizzati in cooperazione con Air Liquide Italia e Stirling (azienda olandese).

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12 Commenti

  1. Non ho capito e non pretendo che ci sia una risposta semplice, o meglio comprensibile per me ( che sono a digiuno di fisica e chimica da tanto tempo…): ma davvero riescono a distinguere i neutrini che provengono dal CERN da quelli che provengono da “altrove”? Beninteso, non lo metto in dubbio, solo non lo capisco. Vado a rileggermi qualcosa sui neutrini…

  2. Alla ricerca della non conservazione del numero barionico, e della GUT giusta!!
    @Andrea: Credo che la risposta alla tua domanda sia più semplice di quanto pensi… Secondo me li distinguono solamente per la direzione da cui provengono e dall’energia che hanno e che liberano al loro passaggio; ma lascio a chi ne sa di più la conferma…
    @Gabriella: Oltre al fatto che l’argon è un gas nobile, ci sono altri motivi per questa scelta?
    P.S.: Va corretto “Carlo RubbiaCome funziona”. Non credo che ci siano dubbi su come funziona Rubbia….. :mrgreen:

  3. @Red Hanuman: ciao, l’argon viene utilizzato in quasi tutti i rivelatori a ionizzazione (generalmente miscelato con altri gas). Viene usato perche’ ha un’elevata ionizzazione specifica (non puo’ essere ionizzato da particelle di energia bassa e questo riduce il rumore di fondo) allo stato liquido ha un’elevata densita’ (aumenta la probabilita’ che una particella interagisca in esso), essendo nobile gli elettroni liberati al suo interno tendono a non ricombinarsi (il segnale fornito dal rivelatore e’ generato dalla raccolta di questi elettroni) e per finire costa poco! Negli esperimenti che usano grandi rivelatori questo aspetto non e’ assolutamente trascurabile!

    Una precisazione: i neutrini non avedo carica elettrica non ionizzano direttamente il gas, ma cio’ viene fatto dai prodotti carichi dell’interazione dei neutrini col rivelatore.

    Buona giornata a tutti e complimenti per il sito! Sottopone una gamma di argomenti veramente vasta!

  4. @Federico: Grazie mille per la spiegazione. Mi fa sempre piacere imparare qualcosa di nuovo. 😉

  5. mi riferisco all’osservazione di R.Hanuman :se i neutrini non hanno carica el. come avviene l’interazione con l’argon che viene ionizzato ? hanno un’en.cinetica e quindi una massa ?

    grazie

  6. I neutrini hanno una massa molto piccola (esistono dei limiti superiori alla loro massa e delle stime, la massa dei neutrini non e’ nota con precisione) e interagiscono molto poco con la materia. Possono interagire per decadimento beta inverso (antineutrino + p -> neutrone + positrone (carica +1) ).
    Buona giornata!

  7. Una perplessità mia. Mi domando: “come possono spedire dal LHC di Ginevra dei neutrini e come fanno ad estrapolarli? Neutrini, che non interagiscono con la materia e che non hanno una carica elettrica?” Non possono neanche essere accelerati ?

  8. @theodoor: Credo che si limitino semplicemente ad innescare reazioni nucleari che comportano produzione di neutrini. Non credo però che riescano a farli collimare in un fascio. Semplicemente, rilevano un’eccesso di neutrini proveniente da una determinata direzione e con una determinata energia, le quali coincidono con la direzione e l’energia di quelli prodotti all’LHC….
    Ma lascio le risposte senza se e ma a chi ne sa di più.

  9. Grazie, Red Hanuman, per la tua risposta ancora poco esaustiva, ma comunque hai spiegato come possono dedurre la provenienza, dalla direzione dalla quale provengono

  10. I fasci di neutrini vengono prodotti lanciando fasci di protoni su bersagli generalmente di berillio, da questa interazione vengono prodotti pioni e kaoni i quali a loro volta decadono in leptoni (elettroni e muoni) e neutrini. Dopodiche si estraggono i componenti carichi e i neutrini proseguono indisturbati. Non si possono collimare a accelerare direttamente i neutrini.
    Buona giornata!

  11. @Federico: Grazie mille per le tue delucidazioni. Forse , se non ti è di disturbo, potresti potresti anche rispondere ai dubbi che abbiamo io e Francesca in merito all’AMS e all’antimateria …..