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3 mai 2017 3 03 /05 /mai /2017 19:04

La divisione neutrino è di casa per gli scienziati del Fermilab e per il personale e gli utenti provenienti da istituzioni accademiche di tutto il mondo, che si occupano di funzionamento e di esperimenti sui neutrini, di analisi e progettazione di nuove ricerche.

Missione

  • Ospitare un programma leader mondiale di esperimenti sui neutrini
    • Far funzionare il programma in corso: Nova, MicroBooNEIl MicroBooNE del FermiLab in azione, Minerva, MINOS +, Lariat
    • Coordinare ed eseguire un nuovo programma internazionale di esperimenti sui neutrini a breve e lungo basali
  • Fornire supporto alla comunità di utenti neutrino di partecipare a tutti gli aspetti di questo programma
    • Variare le competenze tecniche nella progettazione, direzione lavori, le operazioni, ecc per organizzare uffici e spazi di incontro

Lo studio dei neutrini

Le particelle subatomiche chiamate neutrini sono tra i più sfuggenti nel particolare regno delle particelle. Gli scienziati hanno costruito rivelatori sotterranei, sottomarini, e al Polo Sud per misurare queste particelle spettrali che provengono dal Sole, da Supernovae e da molti altri oggetti celesti.

I neutrini riempiono l'intero universo, con circa 10 milioni di loro per 28,32 dm 3, e la maggior parte di loro passa direttamente attraverso la terra, e attraverso rivelatori di particelle, senza lasciare traccia. Quasi mai interagiscono con la materia, solo esperimenti massicci e sofisticati possono catturare e misurare le proprietà dei neutrini.

Oltre a misurare i neutrini dal cielo, i fisici sulla Terra usando potenti acceleratori producono fasci di neutrini contenenti miliardi di neutrini, di cui una frazione molto piccola può essere misurata da rilevatori disposti in linea di fascio. Al Fermilab, l'esperimento di neutrini a base di acceleratore disposto a forma di Ciambella ha portato nel 2000 alla scoperta del neutrino tau , il terzo dei tre tipi noti di neutrini.

Il Numi linea di luce ed il Booster Neutrino linea di luce garantiscono fasci di neutrini ad alta intensità per esperimenti del Fermilab, come MINOS +L'esperimento MINOS al FermiLab e Minerva , e due nuovi esperimenti sui neutrini MicroBooNE e NovaNOVA al FermiLab .

L’importanza dei neutrini

  • La fisica delle particelle ha fatto grandi progressi nell'ultimo mezzo secolo sondando la metà con la modalità quark (una qualsiasi delle particelle subatomiche che trasportano una carica elettrica frazionata, postulata come elementi costitutivi degli adroni. I quark non sono stati osservati direttamente, ma le previsioni teoriche basate sulla loro esistenza sono state confermate sperimentalmente) delle particelle fondamentali. Ora si propone un meccanismo simile per i neutrini. La miscelazione tra le 3 generazioni di neutrini sta cominciando a sembrare molto diverso alla sua controparte quark. Non sappiamo perché, ma probabilmente è importante. I neutrini potrebbe essere la chiave per comprendere il motivo per cui le particelle fondamentali esistono in 3 generazioni.
  • I neutrini sono le vere stranezze delle particelle fondamentali ( non solo interagiscono debolmente, sono ultra piccoli, ma hanno masse non-zero). La scienza avanza spesso quando si studia le stranezze ( per esempio Comprensione dei processi di vita in generale, studiando la vita attorno ai fori di acque profonde)
  • I neutrini interagiscono solo debolmente può, ma sono la particella più abbondante nell'universo con un ruolo fondamentale nell'evoluzione del nostro universo
  • Una differenza tra come i tipi di neutrini si mescolano e come il mix di tipi antineutrini si ritiene che siano la ragione per cui la materia domina anti-materia nel nostro universo (cioè perché esiste il mondo sulla Terra come lo conosciamo)

PIP-II

Il progetto PIP II Proton Imploved Planconsentirà un grande aumento del potere die fasci di protoni del Fermilab. Questo, a sua volta produrrà più potenti fasci di neutrini.

Con l’esperimento neutrino NOVA è stato osservato il primo antineutrino, solo due ore dopo il complesso acceleratore del Fermilab ha saputo commutare l’antineutrino, in modalità di consegna. La collaborazione Nova ha visto l'antineutrino nel rivelatore di gran lunga più lontano dell'esperimento, che si trova nel nord del Minnesota. Si spera su Nova per saperne di più su come e perché il cambiamento neutrini tra un tipo e l'altro. I tre tipi, chiamati sapori, sono il muone, elettrone e neutrino tau. Sulle lunghe distanze, i neutrini possono cambiare fra questi sapori. Nova è stato specificamente progettato per studiare i neutrini muonici che cambiano in neutrini elettronici. Svelare il mistero può aiutare gli scienziati a capire il motivo per cui l'universo è composto di materia e perché che la materia non è stato annientato dalla antimateria dopo il Big Bang.

 


Booster del Fermilab

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16 novembre 2015 1 16 /11 /novembre /2015 16:31

La nascita di un buco nero (utilizzo di DUNE)

 

Gli scienziati sperano di utilizzare esperimenti sui neutrini, per guardare una forma possibile di buco nero.

 

di Lauren Biron

 

I buchi neri ci affascinano. Possiamo facilmente evocare immagini di loro, mentre inghiottono astronavi, ma sappiamo pochissimo di questi strani oggetti. In realtà, non abbiamo mai nemmeno visto una forma di buco nero. Con gli esperimenti sui neutrini, come l'imminente profondo metropolitano Experiment Neutrino, si spera di cambiare la situazione.

"Devi essere un po’fortunato, - afferma Mark Thomson, portavoce di DUNE - ma sarebbe una delle maggiori scoperte della scienza. Sarebbe assolutamente incredibile. "

I buchi neri a volte nascono quando una stella massiccia, in genere più di otto volte la massa del nostro Sole, crolla o meglio implode. Ci sono un sacco di domande su ciò che accade esattamente durante il processo: con quale frequenza queste stelle collassano e danno luogo a buchi neri? Quando, nel crollo, opera in realtà lo sviluppo del buco nero?

Ciò che gli scienziati sanno è che in profondità nel nucleo denso della stella, protoni ed elettroni sono compressi insieme per formare i neutroni e, l'invio di particelle fantasma chiamate neutrini che sgorgano via. Altra materia rientra verso l'interno. Nel caso da manuale, la materia rimbalza e scoppia, lasciando una stella di neutroni. A volte, la supernova ha esito negativo, e non c'è nessuna esplosione; si tratta di una falsa percezione, invece, è appena nato un buco nero.

I giganteschi rivelatori di DUNE, pieni di argon liquido, saranno collocati un miglio sotto la superficie cioè saranno riproposti all’interno di una miniera d'oro. Mentre gran parte del loro tempo sarà speso alla ricerca di neutrini inviati dal a 800 miglia di distanza, i rivelatori avranno anche la rara capacità di prendere il collasso del nucleo di una supernova nella nostra galassia (Via Lattea) - o meno e, che porta a un nuovo buco nero.

L'unica supernova mai registrata da un rivelatori di neutrini è stata verificata nel 1987, quando gli scienziati hanno visto un totale di 19 neutrini. Gli scienziati ancora non sanno se questa supernova ha formato un buco nero o semplicemente una stella a neutroni: non c'erano abbastanza dati. Thomson dice che se una supernova si spegne relativamente vicina, DUNE potrà vedere fino a 10.000 neutrini.

DUNE cercherà una firma particolare nei neutrini raccolti dal rivelatore. E 'previsto che un buco nero si forma relativamente presto in una supernova. I neutrini saranno in grado di lasciare il crollo della supernova, in gran numero, fino a quando emerge il buco nero, che cattura-tutto, compreso la luce e i neutrini. In termini di dati, questo significa che si otterrebbe un grande scoppio di neutrini con un improvviso taglio.

I neutrini sono di tre tipi, chiamati gusti: elettroni, muoni e tau. Quando una stella esplode, emette tutti i vari tipi di neutrini, così come le loro antiparticelle.

Sono difficili da catturare. Questi neutrini arrivano con 100 volte meno energia di quelli che arrivano da un acceleratore per esperimenti, e questo rende meno probabile che avvenga l'interazione in un rivelatore.

La maggior parte dei rivelatori di particelle in questo periodo in esecuzione, sono di grandi dimensioni e, in grado di vedere i neutrini di una supernova. Sono i migliori a rilevare antineutrini e elettroni non grandi, oltre che a individuare i loro equivalenti in materia, cioè i neutrini elettronici.

"Sarebbe una tragedia di non essere pronto a rilevare i neutrini in dettaglio in pieno, per rispondere alle domande fondamentali, - dice John Beacom, direttore del Centro per la cosmologia e la fisica delle astro-particelle all’Ohio State University - per fortuna, DUNE è unico”. "L'unico strumento sensibile a un enorme sorso di elettroni e di neutrini è DUNE, - dice Kate Scholberg, professore di fisica alla Duke University - e questo avviene in funzione dell’utilizzo di argon [come fluido rilevatore]".

Ci vorrà, però, più di un semplice DUNE per avere il quadro completo. “Ottenere una suite completa di grandi e potenti rilevatori di tipo diverso, -dice Beacom -, installati e funzionanti è il modo migliore per capire la vita dei buchi neri”.

C'è un grande rivelatore di scintillatore, JUNO, che adesso opera in Cina, e piani per realizzare un enorme rivelatore a base d'acqua, Hyper-K, che sarà avviato in Giappone. Rivelatori di onde gravitazionali come LIGO potrebbero, raccogliendo nuove informazioni sulla densità di materia e di ciò che sta accadendo nella fase del crollo implosoniale di una supernova.

"Il mio sogno -afferma Scholberg - è quello di avere una supernova con JUNO, Hyper-K e DUNE tutti online. Certamente costituirebbe il meglio nel mio decennio".

La velocità con cui i neutrini arrivano dopo il collasso di una supernova, informerà gli scienziati su quello che sta accadendo al centro del nucleo in collasso, ma fornirà anche informazioni sul misterioso neutrino, compreso il modo in cui interagiscono tra di loro e potenziali approfondimenti su quanto, queste piccole particelle, pesano realmente.

Entro i prossimi tre anni, la rapida crescita della collaborazione sul progetto DUNE costruirà e iniziare a provare un prototipo del rivelatore argon liquido di 40.000 tonnellate. La versione di 400 tonnellate, sarà il secondo più grande esperimento di argon-liquido mai costruito finora . E 'previsto che il test, si eseguirà al CERN, a partire nel 2018.

Per DUNE si prevede, che si possa avviare l'installazione del primo dei suoi quattro rivelatori, Facility Sanford, con una ricerca metropolitana, nel 2021.

 

L’alba di DUNE                                                                                                                               L'esperimento neutrino prima noto come LBNE è stato trasformato. Ha guadagnato la collaborazione circa 50 nuovi istituti membri, ha eletto due nuovi portavoce e scelto un nuovo nome: Neutrino Experiment in profondità, o DUNE.

L'esperimento proposto sarà con lo strumento più potente del mondo per lo studio delle particelle difficili da catturare, chiamati neutrini. Avrà uno sviluppo su 800 miglia. Si inizierà con un quasi rivelatore e un intenso fascio di neutrini prodotti al Fermi National Accelerator Laboratory in Illinois. Finirà con un rivelatore lontano, di 10 kilotoni, situato sottoterra in un laboratorio presso l'impianto metropolitano di ricerca a Sanford nel Sud Dakota. La distanza tra i due rivelatori permetterà agli scienziati di studiare il cambiamento dei neutrini che viaggiano quasi alla velocità della luce, dritto attraverso la Terra.

"Questo sarà l'esperimento fiore all'occhiello per la fisica delle particelle ospitato negli Stati Uniti, - afferma Jim Siegrist, direttore associato di fisica delle alte energie (Dipartimento dell'Energia Office of Science degli Stati Uniti) - e sarà un momento emozionante per la scienza dei neutrini e la fisica delle particelle in generale."

Nel 2014, la fisica delle particelle Progetto Prioritization Pannello ha identificato l'esperimento come una priorità assoluta per gli Stati Uniti nello studio della fisica delle particelle. Allo stesso tempo, ha raccomandato la collaborazione e quindi invitare alla partecipazione, quanto più possibile internazionale, nel processo di pianificazione.

Il fisico Sergio Bertolucci, direttore di ricerca e calcolo scientifico del CERN, ha preso il timone di un comitato esecutivo messo insieme per espandere la collaborazione e organizzare l'elezione di nuovi portavoce.

DUNE ora include scienziati di 148 istituzioni in 23 paesi. Sarà il primo grande progetto internazionale ospitato dagli Stati Uniti per essere supervisionato, congiuntamente, da agenzie esterne.

La collaborazione ha eletto di recente due nuovi portavoce: André Rubbia, professore di fisica all'ETH di Zurigo e, Mark Thomson, professore di fisica all'Università di Cambridge. Uno servirà da portavoce per due anni e l'altro per tre anni, proprio per dare continuità nella leadership. Rubbia ha cominciato con la ricerca dei neutrini come membro dell'esperimento NOMAD al CERN negli anni '90. Più di recente è stato una parte di LAGUNA-LBNO, una collaborazione che stava lavorando per un esperimento lungo una linea di base in Europa. Thomson ha un impegno a lungo termine nel campo sotterraneo statunitense, della fisica dei neutrini, ed è il principale investigatore DUNE, per il Regno Unito.

Gli scienziati si riuniscono per studiare i neutrini, particelle che raramente interagiscono costantemente e che fluiscono attraverso la Terra, ma sinora non sono stati ben compresi. Sono disponibili in tre tipologie e oscillano, o cambiano da tipo a tipo, mentre viaggiano su lunghe distanze. Hanno minuscole masse inspiegabili. I neutrini potrebbero contenere indizi su come l'universo ha cominciato e perché la materia oltrepassa notevolmente l'antimateria, che ci permette di esistere.

"La scienza è ciò che ci spinge, -dice Rubbia - e siamo al punto in cui la prossima generazione di esperimenti sta per affrontare il mistero delle oscillazioni dei neutrini. E 'un momento unico. "

Gli scienziati sperano di iniziare l'installazione del rilevatore lontano DUNE entro il 2021. " Siamo tutti coinvolti- dice Thomson – che sta spingendo in questa direzione, anche se è difficile prevedere che questo progetto, possa avvenire il più presto possibile".

 

La fisica delle particelle diventerà ancora più di uno sforzo internazionale, nei prossimi decenni, secondo un panel incaricato di sviluppare un piano strategico per il futuro della fisica delle particelle statunitense, le cui raccomandazioni tanto attese sono state finalmente rilasciate.

Secondo il gruppo, la priorità per la fisica delle particelle statunitensi include di continuare a fare svolgere un ruolo importante al Large Hadron Collider in Europa; la costruzione di un programma mondiale leader sul neutrino ospitata negli Stati Uniti; e partecipare allo sviluppo di un futuro collisore lineare proposto, se verrà costruito in Giappone. "I ricercatori degli Stati Uniti e delle principali in altre regioni -hanno scritto i membri del gruppo nella loro sintesi- possono insieme affrontare l'intera gamma delle più urgenti questioni scientifiche del campo se ognuno, ospita una struttura unica di livello mondiale a casa e, diventa partner di servizi ad alta priorità, ospitati altrove". La fisica delle particelle Progetto Prioritization Panel 25 membri (P5) è stata avviata nel mese di settembre 2013, con lo sviluppo di un progetto di piano strategico per la fisica delle particelle degli Stati Uniti per il prossimo decennio e oltre. P5 si riferisce alla “Fisica delle Alte Energie Advisory Panel” (HEPAP), organismo di 24 membri che consiglia formalmente sia l'US Department of Energy Office of Science e la National Science Foundation a sostegno della fisica delle particelle. HEPAP prevede di esaminare e votare sulle raccomandazioni del gruppo di esperti nel corso di un incontro pubblico che si terrà a Bethesda, Maryland. Il rapporto P5 è impegnato a definire un processo che ha avuto inizio con le riunioni dei membri della comunità dei fisici delle particelle US a fine luglio e inizio agosto dello scorso anno e si è conclusa con l’avvertenza data al P5 di lavorare per il consenso, creando una strategia unitaria. "La comunità è stata fortemente impegnata, -dice il fisico Steven Ritz (University of California, Santa Cruz), che ha guidato il pannello P5- e siamo molto grati per questo". Il piano raccomanda un programma di fisica delle particelle degli Stati Uniti che porterà avanti la ricerca relativa al bosone di Higgs, neutrini, materia oscura, energia oscura, l'inflazione, particelle non ancora scoperte, le interazioni e i principi fisici. Per mantenere gli Stati Uniti all'avanguardia nella fisica delle particelle, i sostenitori del piano propongono di investire una parte maggiore del budget sulla fisica delle alte energie DOE per la costruzione di nuovi impianti sperimentali, innalzando il livello 16-20, al 25 per cento."Questo è un campo di scoperte-guida , -dice Ritz - perché al fine di scoprire, è necessario costruire”. Il pannello P5 raccomanda di fare avanzare una serie di progetti, tra cui un certo numero di grandi impianti complementari, ordinati in tempo per rientrare nei vincoli di bilancio. La sequenza di grandi progetti raccomanda: l'esperimento Mu2e; aggiornamenti al Large Hadron Collider e dei suoi esperimenti; un esperimento neutrino-lungo e, come linea di base per essere avviato, l’utilizzo del Fermi National Accelerator Laboratory. P5 raccomanda la partecipazione degli Stati Uniti nello sviluppo di un International Linear Collider in Giappone, se in Giappone verrà presa la decisione di andare avanti nella costruzione di questo strumento. Il pannello P5 prevede gli Stati Uniti debbano ospitare un programma internazionale di ricerca sui neutrini ,in grado di attrarre la comunità che studiano il neutrino in tutto il mondo, operando sul più potente fascio di neutrini del mondo e, con partner internazionali, impegnati a costruire un importante impianto neutrino-lungo, con una linea di base completata dai più piccoli esperimenti sui neutrini breve-basale. Il lancio di questo programma prevede un cambio di direzione. Il gruppo raccomanda di riformulare l'attuale esperimento a Baseline Neutrino lungo come un programma progettato a livello internazionale, coordinato e finanziato denominato strumento Baseline Neutrino lungo, o LBNF. L'impianto dovrebbe utilizzare un fascio di neutrini al Fermilab, aggiornato attraverso il progetto proposto denominato Piano di Miglioramento Proton II; un enorme rivelatore di neutrini ad argon liquido interrato, probabilmente in dotazione alla Research metropolitana di Sanford in South Dakota; e un rivelatore di minori dimensioni posizionato più vicino alla sorgente del fascio. Il pannello P5 raccomanda di dirigere le risorse verso una serie di altri progetti che richiedono finanziamenti medi o piccoli. Si pone l’accento sulla necessità per gli Stati Uniti di iniziare subito esperimenti diversi di seconda generazione in programma sulla materia oscura, con la visione di costruire almeno un esperimento grande di terza generazione, negli Stati Uniti, all'inizio del prossimo decennio. Si raccomanda di aumentare i finanziamenti per i membri delle indagini sulla fisica delle particelle cosmiche. Il pannello raccomanda il completamento delGrande sinottico Sky Survey (LSST) e, se il finanziamento è disponibile, la costruzione del Dark Energy spettroscopica dello strumento (DESI). La raccomandazione è di lavorare con altre agenzie per finanziare ulteriori progetti comuni come la CMB-S3, CMB-S4 e il Cherenkov Telescope Array. Va cambiata direzione per l’ acceleratore e la strumentazione R & D per allineare meglio con le priorità elaborate dal P5. I recenti risultati di fisica hanno ridotto la necessità di aver al più presto collider per muoni, il pannello raccomanda di contattare i partner internazionali sulla risoluzione anticipata del progetto MICE raffreddamento- muone, attualmente in corso. Il gruppo di esperti propone ancora una tabella di marcia per la fisica delle particelle degli Stati Uniti in tre scenari di bilancio: i due scenari vincolati differiscono di circa $ 500 milioni sommati più di un decennio. “Mentre apparentemente piccole, -dice il rapporto-, queste differenze sarebbero con un impatto molto grande a breve e lungo termine . Il pannello ha fatto scelte difficili in fronte alla realtà dei bilanci per la fisica delle particelle che sono diminuiti rispetto al piano P5 precedente, -spiega il fisico Andrea Lankford (University of California, Irvine)-, che ha lavorato sul precedente pannello P5 (2008) e attualmente è impegnato su HEPAP”. In un bilancio non vincolato, il pannello P5 raccomanda di lavorare su un programma di sviluppo notevolmente ampliato mediante l’ acceleratore R & D con l'accento sullo sviluppo di tecnologie di trasformazione per le macchine di recente scoperta, al di là delle capacità del LHC e ILC; svolgere un ruolo di primo piano nel programma del rivelatore ILC e fornire elementi acceleratori ILC critici; e ospitare un secondo grande rilevatore sotterraneo, Cherenkov acqua neutrino per completare il proposto rilevatore LBNF.

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27 septembre 2015 7 27 /09 /septembre /2015 13:57
Una parte del rilevatore di neutrini SuperK-Kamiokande
Una parte del rilevatore di neutrini SuperK-Kamiokande

Piani sotterranei per scoprire i superneutrini

La Super-Kamiokande approva un progetto per migliorare la sensibilità del rivelatore di neutrini Super-K.

Neutrini, i disadattati del Modello Standard

Prossimo grande progetto di neutrini nel Giappone

T2k cattura neutrini nell’ atto della loro formazione

Super-Kamiokande è sepolto sotto circa 1 km di roccia della montagna a Kamioka, Giappone. E’uno dei più grandi rivelatori di neutrini sulla Terra. Il suo serbatoio è pieno di 50.000 tonnellate di acqua ultrapura, che usa per la ricerca dei segnali da particelle notoriamente difficili da catturare.

Recentemente i membri che collaborano al Super-K hanno elaborato un piano per rendere il rilevatore mille volte più sensibile con l'aiuto di un composto chimico chiamato solfato gadolinio.

I neutrini vengono prodotti in una varietà di processi naturali. Sono prodotti anche nei reattori nucleari, e gli scienziati possono creare fasci di neutrini negli acceleratori di particelle. Queste particelle sono elettricamente neutre, hanno poca massa e interagiscono solo debolmente con la materia : queste caratteristiche le rendono estremamente difficile da individuare anche se possono essere migliaia di miliardi quando volano, ogni secondo, attraverso un dato rivelatore.

Super-K raggiunge la produzione di circa 30 neutrini che interagiscono, ogni giorno, con l'idrogeno e l'ossigeno nelle molecole di acqua nel serbatoio. Si mantiene la sua acqua ultrapura con un sistema di filtrazione che rimuove batteri, ioni e gas.

Gli scienziati prendono precauzioni sia per mantenere pulita l'acqua ultrapura e anche per evitare il contatto con sostanze altamente corrosive.

"A qualcuno una volta è caduto un martello nel serbatoio,- afferma Mark Vagins, sperimentalista della University of Kavli Institute di Tokyo per la Fisica e Matematica dell'Universo- ed è stato cromato per apparire elegante e lucido. Alla fine abbiamo trovato il cromo e non il martello ".

Quando un neutrino interagisce nel rivelatore Super-K, crea altre particelle che viaggiano attraverso l'acqua più veloci, della velocità della luce, creando un lampo blu. Il serbatoio è rivestito con circa 13.000 rilevatori fototubi che possono vedere la luce.

Ricerca dei neutrini reliquia

In media, diverse stelle massicce esplodono come supernovae ogni secondo da qualche parte nell'universo. Se la teoria è corretta, tutte le supernove che sono esplose nel periodo di 13,8 miliardi anno,cioè l’età dell'universo, hanno buttato fuori trilioni su trilioni di neutrini. Ciò significa che il cosmo sarebbe bagliore in un debole contesto di neutrini reliquia e, se gli scienziati sono impegnati a trovare un modo per vedere anche solo una frazione di quelle particelle spettrali.

Per circa la metà dell'anno, il rivelatore Super-K viene utilizzato nella t2k, che produce un fascio di neutrini a Tokai, Giappone, circa 295 chilometri di distanza, e la punta Super-K. Durante il viaggio verso il rivelatore, alcuni dei neutrini cambiano da un tipo di neutrino in un altro. Studi T2K che cambiano, potrebbero dare suggerimenti agli scienziati sul motivo per cui il nostro universo contiene molto più materia che antimateria.

Ma un fascio T2K non funziona ininterrottamente nel corso della metà dell'anno. Invece, i ricercatori inviano un fascio ogni pochi secondi, e ciascun impulso dura pochi microsecondi. Super-K rileva anche neutrini, elaborati da processi naturali, mentre gli scienziati sono in esecuzione T2K.

Nel 2002, indagando sulla natura dei neutrini a Monaco di Baviera, in Germania, lo sperimentalista Vagins e il teorico John Beacom (Ohio State University ) hanno iniziato a pensare, come avrebbero potuto meglio utilizzare Super-K per spiare i neutrini reliquia emessi dalle supernove nell'universo.

"Da almeno un paio d'ore mentre eravamo nella stazione della metropolitana di Monaco di Baviera,- dice Beacom - da qualche parte nelle profondità del sottosuolo, c’era praticamente la cova nei nostri piani sotterranei".

Per individuare i pochi segnali che provengono da eventi di neutrini, si deve combattere un rumore costante provocato da altre particelle di fondo. Altre particelle cosmiche in arrivo, come i muoni (cugini più pesanti degl'elettroni) o anche elettroni emessi da sostanze radioattive presenti in natura nella roccia, sono in grado di produrre segnali che assomigliano a quelli che gli scienziati sperano di rilevare dai neutrini. Nessuno vuole affermare di aver fatto una scoperta che poi si trasforma e si rivela essere solo un segnale, proveniente da una roccia vicina.

Super-K protegge già contro alcuni di questi componenti del rumore di fondo, per il solo fatto di essere interrato a quelle profondità. Ma alcune particelle indesiderate possono passare, e così gli scienziati hanno bisogno di modi per separare i segnali che vogliono,non ingannati da segnali di fondo.

Vagins e Beacom hanno lavorato su un'idea e un nome per la prossima fase dell'esperimento: Gadolinio antineutrino come Detector, superando il vecchio Kamiokande, Super! (Gadzooks!). Hanno proposto in altri termini di aggiungere 100 tonnellate di gadolinio composto solfato-Gd2 (SO4) 3 per acqua ultrapura nel Super-K.

Quando un neutrino interagisce con una molecola, rilascia un leptone carico (muone, elettroni, tau o uno delle loro antiparticelle) con un neutrone. Neutroni hanno migliaia di volte più probabilità di interagire con il solfato di gadolinio anziché con un'altra molecola di acqua. Così, quando un neutrino attraversa Super-K e interagisce con una molecola, il suo muone, elettrone o antiparticella (Super-K non può vedere particelle tau) genera un primo impulso di luce, e il neutrone creerà un secondo impulso di luce : "due impulsi, come un colpo che annuncia il neutrino", dice Beacom.

Al contrario, un muone di sfondo o elettroni produrranno un solo impulso di luce.

Per estrarre solo le interazioni dei neutrini, gli scienziati useranno Gadzooks! ,imponendo di concentrarsi sugli eventi di segnale a due impulsi, estromettendo gli eventi a singolo segnale e, riducendo notevolmente il rumore di fondo.

Il prototipo

Ma non si possono semplicemente aggiungere 100 tonnellate di un composto chimico ad un rilevatore enorme senza fare, prima, qualche test. Così Vagins e colleghi hanno costruito una versione ridotta, che hanno chiamato la valutazione delle azioni di Gadolinio su Detector Systems (EGADS). Hanno ridotto allo 0,4 per cento, il formato di Super-K, utilizzando 240 degli stessi fototubi e 200 tonnellate di acqua ultrapura.

Nel corso degli ultimi anni, la squadra di Vagins , ha lavorato a lungo per mostrare i benefici della loro idea. Un aspetto dei loro sforzi è stato quello di costruire un sistema di filtrazione che rimuove tutto dall'acqua ultrapura, ad eccezione del solfato di gadolinio. Hanno poi presentato i loro risultati.

Il 27 giugno, il team Super-K ha ufficialmente approvato la proposta di aggiungere gadolinio solfato ma rinominato il progetto SuperK-Gd. I passi successivi saranno di drenare Super-K per controllare eventuali perdite e correggerli, sostituire tutti i fototubi bruciati, e quindi riempire il serbatoio. “Ma questo processo -dice Masayuki Nakahata, portavoce del gruppo di collaborazione Super-K -deve essere coordinato con T2K”.Una volta che il serbatoio verrà riempito con acqua ultrapura, gli scienziati aggiungeranno 100 tonnellate di solfato di gadolinio. “Una volta aggiunto il composto, il sistema di filtrazione corrente , -dice Vagins - potrebbe rimuoverlo in qualsiasi momento come i ricercatori vorrebbero. Credo –dice infine- che una volta che otteniamo questo in Super-K e vediamo il suo potere, diventerà indispensabile. Sta diventando il genere di cose al quale non si vuole rinunciare, la cosiddetta fisica in più, una volta che ci si è abituati."

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