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giovedì 26 aprile 2012

ITIS Galileo: Icarus

Nello speciale di ieri di La7, dopo la messa in onda dello spettacolo teatrale ITIS Galileo di Marco Paolini, andato in onda presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso, l'attore ha iniziato a girare per i laboratori spiegando alcuni degli esperimenti presenti nelle viscere della montagna. Il nostro ha ovviamente toccato un grande esperimento come OPERA, diventato famoso per i neutrini più veloci della luce (risultato che poi si è scoperto falsato da un errore sperimentale), spiegando che in effetti l'esperimento non era stato costruito per effettuare misure di velocità sui neutrini (obiettivamente, però, questa misura ha consentito, nonostante tutta la pubblicità forse eccessiva intorno alla presunta scoperta, di scoprire un errore che avrebbe falsato le misure per cui OPERA è stato costruito). L'altro grande esperimento, che ha anche contribuito a suggerire l'esistenza di errori dentro OPERA, presentato da Paolini è stato ICARUS, ideato e progettato dal Nobel Carlo Rubbia.
La filosofia dietro ICARUS, anch'esso un esperimento dedicato alla ricerca sui neutrini, è la stessa che si trova dietro alle classiche camere a bolle. Per camera a bolle si intende una camera riempita con un liquido, preferibilmente idrogeno (se non ricordo male), facilmente ionizzabile: in questo modo, infatti, una particella carica che attraversa il mezzo o che viene creata al suo interno, genera, cedendo energia, una scia di bolle ionizzate dalla cui rilevazione (scattando delle fotografie con una macchina posta sopra la camera) si possono determinare traiettoria, energia, tipo di particella, fino anche all'identificazione del tipo di interazione (in effetti questa parte è facile: una volta identificata la particella, si può confrontare l'interazione con quelle teoricamente previste per capire bene cosa è avvenuto).
In questo genere di rilevatori, ICARUS, come scritto sul sito del Gran Sasso, rappresenta una nuova generazione di camere a bolle: il detector costruito dagli LNGS è potenzialmente in grado di rilevare i passaggi dei neutrini atmosferici, di quelli solari oltre alla ben più ambiziosa osservazione del primo decadimento di un protone, senza dimenticare, comunque, le verifiche delle oscillazioni dei neutrini. Come infatti spiegava ieri Paolini, i neutrini, in natura, sono presenti in tre distinti sapori, se così possiamo dire, ognuno associato a neutrini differenti: abbiamo infatti i neutrini elettronici, i più leggeri e legati alle interazioni che danno come risultati gli elettroni; i neutrini muonici, quelli di mezzo; i neutrini tauonici, quelli più pesanti. L'idea dell'oscillazione, già verificata(1), è che se in un fascio monocromatico di neutrini almeno uno di loro cambia sapore, allora il neutrino possiede una per quanto piccola massa.
ICARUS, prima di mettersi in opera, ha avuto una fase di test con un prototipo che ha fornito questo risultato:
ICARUS 3 ton event
Il prototipo, di 3-ton, ha successivamente portato alla costruzione del rilevatore vero e proprio, un oggetto da 600 ton che si è presto dimostrato all'altezza dei compiti assegnatigli:

The ICARUS T600 detector is so far the biggest LAr detector ever built. It has been successfully installed in the Gran Sasso underground laboratory and it is presently collecting data after having smoothly reached the optimal working conditions. LAr is a cheap liquid vastly produced by industry, which potentially permits to realize large mass detectors. ICARUS T600 represents the final milestone of a series of fundamental technological achievements in the last several years; its underground operation demonstrates that the ICARUS technology is now mature and scalable to much larger masses, in the range of tens of kton as required to realize the next generation experiments for neutrino physics and proton decay searches. Finally, the examples of neutrino interaction event analyzed in this paper demonstrate that also the reconstruction procedure is well under control fully exploiting the physical potentiality of this technology.(2)
(1) Breve storia delle oscillazioni dei neutrini. Queste vennero previste da Maki, Nakagawa, e Sakata nel 1962 e successivamente rielaborate nella forma definitiva da Pontecorvo nel 1967 nella forma della famosa matrice Pontecorvo–Maki–Nakagawa–Sakata \[\begin{pmatrix} \nu_e \\ \nu_\mu \\ \nu_\tau \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} U_{e1} & U_{e2} & U_{e3}\\ U_{\mu1} & U_{\mu2} & U_{\mu3} \\ U_{\tau1} & U_{\tau2} & U_{\tau3} \end{pmatrix} \begin{pmatrix} \nu_1 \\ \nu_2 \\ \nu_3 \end{pmatrix}\] La prima osservazione di una tale oscillazione è del 1968, cui segue nel 1969 il famoso articolo di Gribov e Pontecorvo, Neutrino astronomy and lepton charge, mentre l'ultimo punto in questa ricerca lo segna OPERA con l'osservazione della prima oscillazione da neutrino muonico a neutrino tauonico.
(2) Rubbia, C., Antonello, M., Aprili, P., Baibussinov, B., Ceolin, M., Barzè, L., Benetti, P., Calligarich, E., Canci, N., Carbonara, F., Cavanna, F., Centro, S., Cesana, A., Cieslik, K., Cline, D., Cocco, A., Dabrowska, A., Dequal, D., Dermenev, A., Dolfini, R., Farnese, C., Fava, A., Ferrari, A., Fiorillo, G., Gibin, D., Berzolari, A., Gninenko, S., Golan, T., Guglielmi, A., Haranczyk, M., Holeczek, J., Karbowniczek, P., Kirsanov, M., Kisiel, J., Kochanek, I., Lagoda, J., Lantz, M., Mania, S., Mannocchi, G., Mauri, F., Menegolli, A., Meng, G., Montanari, C., Muraro, S., Otwinowski, S., Palamara, O., Palczewski, T., Periale, L., Piazzoli, A., Picchi, P., Pietropaolo, F., Plonski, P., Prata, M., Przewlocki, P., Rappoldi, A., Raselli, G., Rossella, M., Sala, P., Scantamburlo, E., Scaramelli, A., Segreto, E., Sergiampietri, F., Sobczyk, J., Stefan, D., Stepaniak, J., Sulej, R., Szarska, M., Terrani, M., Varanini, F., Ventura, S., Vignoli, C., Wachala, T., Wang, H., Yang, X., Zalewska, A., Zaremba, K., & Zmuda, J. (2011). Underground operation of the ICARUS T600 LAr-TPC: first results Journal of Instrumentation, 6 (07) DOI: 10.1088/1748-0221/6/07/P07011 (arXiv | CERN)

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