Oltre 300 persone provenienti da quarantacinque istituzioni di 9 paesi hanno partecipato alla cerimonia per l’inizio dei lavori di scavo del Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO), tenutasi sabato 10 gennaio a Jiangmen, nella provincia del Guandong in Cina. JUNO, a cui l’Italia partecipa con l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), sarà un gigantesco rivelatore sotterraneo di neutrini a scintillatore liquido e sfrutterà una tecnologia analoga a quella utilizzata dall’esperimento Borexino ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN.

L’esperimento avrà il compito di studiare la cosiddetta “oscillazione” dei neutrini, quel fenomeno per cui i neutrini, di cui sappiamo esistono tre tipi, “oscillano” mutando da un tipo in un altro. Il rivelatore (da programma) comincerà a prendere dati nel 2020 e dovrebbe rimanere in funzione per altri 20 anni.

“Si tratta di un esperimento ambizioso e molto difficile che ci permetterà di misurare un parametro cruciale della fisica del neutrino: il modo in cui la natura ne ha ordinato le masse”, commentata Fernando Ferroni, presidente dell’INFN, “Questo progetto arricchisce la collaborazione strategica tra INFN e IHEP che si sviluppa già nella fisica degli acceleratori e nello spazio” conclude Ferroni.

“In questa ambiziosa ed affascinante impresa l’INFN partecipa con un ruolo di primo piano”, commenta Gioacchino Ranucci della sezione di Milano e deputy spokesperson di JUNO, “contribuendo con l’esperienza tecnologica e scientifica maturata nella fisica underground presso il Laboratorio del Gran Sasso. JUNO costituisce, in particolare, un coerente proseguimento del pluriennale impegno dell’istituto nel settore delle oscillazioni di neutrino ambito in cui i fisici italiani dell’INFN vantano un ruolo di ruolo di leadership internazionale.

JUNO sarà, assieme a HYPER-KAMIOKANDE in Giappone e LBNF al FERMILAB, a cui partecipa l’INFN, uno dei tre grandi esperimenti con rivelatori giganti di neutrini, prodotti artificialmente in reattori o con acceleratori, che saranno costruiti nei prossimi anni. Della collaborazione JUNO, oltre a Cina e Italia, fanno parte anche Repubblica Ceca, Francia, Finlandia, Germania, Russia e Stati Uniti. (e.c) 

A cento anni dalla formulazione dell’equazione della teoria della relatività generale, un’equipe di ricerca dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e del Laboratorio Europeo di Spettroscopia non Lineare (Lens) dell'Università di Firenze sta effettuando, con una tecnica innovativa basata su un interferometro atomico, esperimenti per verificare la teoria gravitazionale di Einstein. L’ultimo importante risultato, pubblicato dalla rivista Physical Review Letters (Focus: First direct measurement of Gravity's curvature), è la prima misura diretta della curvatura del campo gravitazionale ed è stato ottenuto grazie a un nuovo sensore quantistico basato sull’uso di tre interferometri atomici posizionati in modo da misurare simultaneamente l’effetto di una massa sulla curvatura del campo gravitazionale. Nel 2014, sempre sfruttando l’interferometro atomico i ricercatori dell’esperimento Magia hanno misurato con inedita precisione la costante gravitazionale, (risultato pubblicato da Nature nel giugno 2014) e hanno testato il principio di equivalenza di Einstein. “Gli interferometri atomici sono legati alla natura duale, corpuscolare e ondulatoria, delle particelle descritte dalla meccanica quantistica – Commenta Guglielmo Tino, ricercatore INFN e ordinario di Fisica della materia presso l’Ateneo fiorentino - Così come in un interferometro ottico un’onda luminosa viene separata e ricombinata, anche gli atomi in certe condizioni possono essere trattati come onde ed essere divisi in più parti che si propagano separatamente e vengono riflesse e ricombinate. Per fare ciò però è necessario, come avviene nell’esperimento MAGIA, rallentare gli atomi da una velocità di alcuni km/s, tipica di un gas a temperatura ambiente, fino a velocità di pochi mm/s, corrispondente a temperature bassissime, di qualche miliardesimo di grado Kelvin. E’ tramite la luce laser che gli atomi possono essere raffreddati e “intrappolati”, mantenendoli a velocità così ridotte.” Conclude Tino.(e.c.)

Una nuova tappa è stata conquistata dal progetto Advanced Virgo dell'osservatorio italo-francese EGO. Il 2014 si chiude, infatti, con l’installazione del primo specchio (il beam splitter, che ha il compito di dividere il fascio laser) dell’interferometro per la rivelazione delle onde gravitazionali, che si trova a Cascina, nella campagna pisana. Lo specchio, con il suo sistema di sospensione e controllo, è stato collocato sul superattenuatore, il sistema di isolamento sismico dell'interferometro. La costruzione di Advanced Virgo, che ha l'obiettivo di migliorare le prestazioni del rivelatore Virgo, procede così secondo i piani.
I gruppi Virgo dell’INFN sono stati protagonisti di questo complesso lavoro di integrazione. Il beam splitter di Advanced Virgo, con i suoi 55 cm di diametro, è il più grande specchio mai realizzato al mondo per un rivelatore di onde gravitazionali.
“Dopo che lo scorso giugno è iniziata la regolazione del sistema di ingresso del fascio laser  (input mode cleaner), l’integrazione del beam splitter segna un altro passo significativo verso il completamento del rivelatore”, spiega Giovanni Losurdo, coordinatore del progetto Advanced Virgo. “L’installazione è entrata nella fase più delicata, quella dell’integrazione in situ delle componenti sviluppate nei diversi laboratori. Abbiamo appena ottenuto un successo importante, un passo cruciale nel complesso processo di costruzione del rivelatore, che sarà completato entro il prossimo anno”, conclude Losurdo.
“La Collaborazione Virgo - sottolinea Fulvio Ricci, coordinatore della collaaborazione Virgo - è concentrata al massimo sull’obiettivo di realizzare Advanced Virgo, e questo risultato ci rende ancora più fiduciosi che nel 2016 Advanced Virgo sarà parte del network di rivelatori di seconda generazione e inizierà la presa dati insieme alla coppia di rivelatori americani LIGO”.
“Passi significativi nell’integrazione del nuovo interferometro si susseguono a ritmo sostenuto: la sfida di completare Advanced Virgo e accenderlo entro la fine del prossimo anno sarà conclusa con successo” commenta con giustificato ottimismo Federico Ferrini, Direttore di EGO.

COMUNICATO STAMPA.
È Made in Italy il cuore di altissima tecnologia che sarà installato nel complesso di acceleratori francese SPIRAL2. Il dispositivo, un convertitore di neutroni per la produzione di radioisotopi da impiegare nella ricerca e in medicina, è stato consegnato in questi giorni dai Laboratori di Legnaro dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) al laboratorio di GANIL in Normandia.
Lo strumento, il cui sviluppo richiede competenze di altissima tecnologia nucleare, è stato ideato e interamente progettato ai Laboratori Nazionali di Legnaro e realizzato dalla Strumenti Scientifici CINEL di Vigonza (Padova), una piccola impresa locale tecnologicamente qualificata nel settore della ricerca scientifica.
“Questo progetto, tecnologicamente molto sofisticato, è la dimostrazione di come i laboratori dell’INFN svolgano un ruolo di primo piano in progetti internazionali, grazie alla capacità professionale e alla credibilità di cui godono i ricercatori italiani”, commenta Luigi Tecchio, che ha coordinato l’intero progetto. “Inoltre, - prosegue Tecchio - rappresenta anche un esempio di trasferimento tecnologico ad alto valore aggiunto verso la piccola e media industria nazionale”
Il progetto si inquadra in  una collaborazione italo-francese per la ricerca in fisica nucleare: i Laboratori di Legnaro hanno progettato e costruito il convertitore di neutroni, mentre i francesi stanno realizzando l’arricchitore di carica (charge breeder),  che sarà installato a Legnaro nell’ambito del progetto SPES dell’INFN.

Il progetto SPIRAL2, ospitato dal laboratorio francese di GANIL, ha come scopo la produzione intensiva di una vasta gamma di radioisotopi (circa 3000 specie diverse), che troveranno un vasto impiego nella ricerca in fisica nucleare, fondamentale e applicata, in medicina, in biologia, in fisica dello stato solido e in applicazioni industriali (elettronica, trattamento dei materiali, diagnostica, per citarne alcune). SPIRAL2 è la risposta europea alternativa ai reattori nucleari per la produzione di radioisotopi. Infatti, il progetto è pilotato da un fascio di particelle (deutoni e ioni) e non raggiunge mai la fase di criticità tipica dei reattori: il processo di fissione può essere interrotto in qualsiasi momento spegnendo il fascio pilota. SPIRAL2 è supportato dalla Comunità Europea attraverso la collaborazione con 25 istituzioni europee di ricerca, tra cui l’INFN.

Il convertitore di neutroni costituisce il nucleo principale del progetto SPIRAL2:
a esso è infatti affidato il compito di generare il flusso intenso di neutroni veloci (con un’energia di 14 MeV) che producono i radioisotopi attraverso il processo di fissione indotta. Nello specifico, il convertitore di neutroni consta di un disco di grafite ruotante ad alta velocità che, colpito dai deutoni del fascio pilota, genera attraverso una reazione nucleare il flusso intenso di neutroni veloci. Il disco di grafite è integrato in una struttura meccanica di supporto che accoglie tutti gli strumenti accessori necessari al suo corretto funzionamento. La temperatura di esercizio del disco di grafite è di 2000 °C, mantenuta costante da un efficiente sistema di controllo e dissipazione del calore. Tra gli accessori trovano spazio anche sofisticati sistemi di sicurezza nucleare anch’essi ideati e progettati presso i Laboratori Nazionali di Legnaro. L’intera struttura del convertitore di neutroni pesa circa una tonnellata, ha un diametro di 1,5 metri ed è stata realizzata utilizzando le più sofisticate tecnologie proprie del settore nucleare.

“Alla collaborazione Borexino per essere stati i primi a rivelare i neutrini prodotti nella principale reazione nucleare che alimenta il Sole”, con questa motivazione la rivista internazionale Physics World ha inserito nella classifica dei dieci risultati scientifici più importanti del 2014 la ricerca, pubblicata lo scorso agosto su Nature, dall’esperimento per lo studio dei neutrini in attività ai Laboratori INFN del Gran Sasso.
Borexino ha realizzato la prima misura in tempo reale dell’energia della nostra stella, grazie all’osservazione dei neutrini prodotti nella reazione nucleare primaria che avviene nel cuore del Sole. Questa osservazione ha consentito di concludere che l’energia rilasciata oggi al centro della stella è in perfetta corrispondenza con quella prodotta 100.000 anni fa. È la prima volta nella storia dell’indagine scientifica del Sole che la sua energia è misurata nel momento stesso in cui viene prodotta.
“Questo riconoscimento – sottolinea Gianpaolo Bellini, scienziato tra i padri di Borexino – premia l’eccellenza non solo dell’esperimento, al quale hanno dato un contributo fondamentale i gruppi di ricerca dell’INFN, ma anche quella dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso, una grande infrastruttura con caratteristiche uniche al mondo e un centro di ricerca di prestigio nel panorama internazionale”.

Il comunicato stampa INFN sulla ricerca

L'infografica

Il cacciatore di neutrini è partito dai Laboratori INFN del Gran Sasso con destinazione il CERN di Ginevra.

È iniziato il lungo viaggio del più grande rivelatore ad argon liquido: il gigantesco cacciatore di neutrini ICARUS ha, infatti, lasciato la scorsa notte i Laboratori del Gran Sasso dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) alla volta del CERN (Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare) di Ginevra. ICARUS T600 – questo è il suo nome completo – dal 2010 ha osservato, sotto la montagna del Gran Sasso, il fascio di neutrini che arrivava dal CERN, dopo un percorso di 730 km attraverso la crosta terrestre. Ora ICARUS, con un delicato trasporto per mezzo di due convogli eccezionali, viene trasferito al CERN per la manutenzione e l’upgrade delle performance, in previsione di un suo probabile impiego futuro negli Stati Uniti. I fisici lo considerano elemento essenziale, e attualmente insostituibile, per un esperimento con neutrini a bassa energia del Fermilab di Chicago. ICARUS è, infatti, l’unico rivelatore al mondo con più di 600 tonnellate di argon, e ha mostrato di funzionare in modo appropriato. La tecnologia di ICARUS, proposta originariamente nel 1977 dal Premio Nobel per la Fisica Carlo Rubbia, che tutt’oggi è portavoce dell’esperimento, rappresenta così un esempio del primato italiano dell’INFN nel proporre una soluzione originale, la cui validità è stata provata dal successo dell’esperimento ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso, che ha mostrato di ottenere una rivelazione precisa di neutrini ottenuti artificialmente in acceleratori, come quelli del fascio dell’esperimento CNGS (Cern Neutrinos to Gran Sasso), in attività dal 2006 al 2012. L’esperimento coniuga così l’originalità dell’idea con la precisione e l’efficienza della realizzazione tecnica.

La tecnologia
ICARUS T600 è un rivelatore a ionizzazione ad argon liquido (600 tonnellate di gas liquefatto). Il sistema di criogenia dell’impianto di purificazione dell’argon e dell’elettronica di lettura del rivelatore è unico e originale, ed è stato sviluppato in Italia dalle Sezioni dell’INFN. La tecnica di rilevazione permette di osservare gli eventi ionizzanti nei processi di neutrini o altri eventi rari. Il rivelatore è completamente elettronico, continuamente sensibile e si comporta come un’enorme macchina fotografica tridimensionale che visualizza gli eventi su un volume di 6 metri di larghezza, 18 di lunghezza e 4 di altezza, con la risoluzione del millimetro. Il principio di funzionamento è basato sul fatto che, nell’argon liquido estremamente puro, gli elettroni liberati da particelle ionizzanti possono essere facilmente trasportati su distanze macroscopiche (metri) da un campo elettrico uniforme, ed essere raccolti da una struttura anodica multifilo, collocata alla fine del percorso di deriva: questa struttura è costituita da tre piani di fili distanti fra loro 3 millimetri, con fili spaziati 3 millimetri, che costituiscono quella che viene chiamata dai fisici “camera a fili”. I segnali raccolti dai circa 52.000 fili, elaborati da un complesso sistema elettronico, permettono così la ricostruzione a computer dell’immagine dell’evento subnucleare. “Una delle proprietà più marcanti di questa tecnologia – sottolinea Carlo Rubbia – è l’estrema purezza dell’argon liquido, che permette di mantenere liberi gli elettroni prodotti, e che si misura in parti per trilione (un trilione è un uno preceduto da ben 12 zeri) equivalenti di ossigeno residuo dell’aria da cui viene inizialmente estratto l’argon”.  La tecnologia di ICARUS e le sue prestazioni destano pertanto grande interesse nella comunità scientifica per l’impiego in futuri esperimenti sul neutrino su fasci a breve e lunga distanza, come quello al quale stanno lavorando i fisici al Fermilab di Chicago. Per questa ragione, finita l’attività nei LNGS dove ICARUS ha raccolto alcune migliaia di eventi di neutrino, viene ora trasferito al CERN per la messa a punto in preparazione di nuove importanti sfide.

Il viaggio
ICARUS, una volta uscito dal tunnel del Gran Sasso, al cui interno si trovano i Laboratori Nazionali dell’INFN, ha dovuto effettuare uno stop tecnico di alcune ore in un’area si sosta dell’autostrada, per consentire i lavori di ripristino dell’assetto del tir utilizzato per il trasporto, che era stato ribassato al fine di permetterne l’uscita dal tunnel. ICARUS risalirà tutta l’Italia, passando per Roma, Genova e quindi Torino. Infine, imboccherà il traforo del Monte Bianco e oltrepasserà così le Alpi per poi arrivare a Ginevra, nei laboratori del CERN: il viaggio durerà circa una settimana.
“Nei giorni precedenti il trasporto, nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso si è lavorato per garantire che le operazioni di uscita del rivelatore di ICARUS avvenissero nella maniera più sicura e lineare possibile, nel rispetto della preziosità e delicatezza della camera”, spiega Chiara Zarra, coordinatore per le operazioni di movimentazione e trasporto di ICARUS. “Le straordinarie misure dell’oggetto hanno dovuto fare i conti con la presenza di nuovi grandi esperimenti e con una configurazione della sala particolarmente vincolante, – prosegue Zarra –  l’assetto dei laboratori sotterranei è infatti molto cambiato rispetto a quando ICARUS ha fatto il suo ingresso nel 2000 ed è quindi stato necessario apportare le giuste modifiche ai numerosi equipment attualmente installati e apprestare idonee misure per garantire la massima sicurezza anche degli altri apparati sperimentali presenti: il margine di manovra è stato infatti molto stretto e la tolleranza durante la traslazione era dell’ordine dei centimetri. “È stato fondamentale poter contare sulla simulazione 3D effettuata dal team Cern e, di concerto con lo staff di ricercatori e tecnologi, una squadra di tecnici impiantisti e gruisti specializzati ha presieduto e vigilato sull’intera durata delle varie fasi operative: il lavoro di squadra LNGS-CERN e la cooperazione di tutti, incluse le altre collaborazioni sperimentali, hanno permesso la riuscita dell’operazione e l’inizio del “viaggio”, conclude Zarra.