Fisica Astroparticellare all’INFN di Padova
Le attività di ricerca del <em>Gruppo 2</em> a Padova coprono un’ampia varietà di argomenti come le onde gravitazionali, le proprietà dei neutrini prodotti in acceleratori o reattori nucleari o provenienti da Terra, Sole, SuperNovae o raggi cosmici. I nostri esperimenti ricercano nuove particelle (es. l’assione), piccole deviazioni dalla teoria della relatività generale o l’esistenza di particolari decadimenti radioattivi beta “senza neutrino”. Rilevano fotoni ad altissime energie provenienti dal cosmo e studiano le galassie per investigare la cosiddetta “energia oscura”.
Le ricerche in fisica astroparticellare in INFN sono coordinate su scala nazionale dalla CSN2. La sezione INFN di Padova partecipa alle seguenti attività di ricerca:
CTA/MAGIC
È un gigantesco osservatorio astronomico alle Isole Canarie, dedicato allo studio dei raggi gamma ad alta energia provenienti dall’universo. Questi ultimi sono importanti messaggeri di fenomeni che avvengono negli oggetti celesti più potenti, come buchi neri e supernovae, che possiamo usare per mettere alla prova le leggi fisiche in condizioni estreme di energia e gravità. Il telescopio è composto da un enorme insieme di specchi, capaci di rilevare la debole luce emessa dai raggi cosmici quando attraversano l’atmosfera. Maggiori info
Ringraziamenti a Alice Donini per la foto di sfondo.
Responsabile locale: Mosé Mariotti
CUORE/CUPID
è un esperimento presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso in Assergi. Il suo scopo è quello di investigare la natura fondamentale del neutrino attraverso la ricerca di un decadimento radioattivo rarissimo del Tellurio, dove vengono emessi solo due elettroni e nient’altro. Cuore è anche noto per essere il metro cubo più freddo dell’universo! Maggiori info
Responsabile locale: Luca Taffarello
DUNE – NU_AT_FNAL
è un immenso rivelatore in costruzione negli USA (il più grande mai costruito con argon liquido). Servirà per capire se i neutrini e le loro antiparticelle hanno comportamenti uguali tra loro o meno. Questo potrebbe rivelare il meccanismo per cui nell’attuale universo la materia è presente in misura largamente maggiore dell’antimateria. DUNE inoltre determinerà precisamente la struttura delle masse dei neutrini. Maggiori info & DUNE SCIENCE
Responsabile locale: Filippo Varanini
Einstein Telescope
è il rilevatore di nuova generazione pensato per le onde gravitazionali. Si tratterà di un interferometro sotterraneo con tre bracci, ciascuno della lunghezza di 10 km. Uno dei possibili siti nei quali è possibile realizzarlo si trova nella Sardegna occidentale, vicino alla miniera Sos Enattos, dove il rumore sismico è molto basso. Maggiori info
Responsabile locale: Jean Pierre Zendri
ENUBET_NP06 (nuSCOPE)
ENUBET_NP06 è un progetto, originariamente finanziato dall’European Research Council (ERC), che mira a produrre una innovativa sorgente di neutrini il cui flusso è controllato con altissima precisione ponendo dei rivelatori nella regione di decadimento in cui vengono generati. Recentemente lo sviluppo di ENUBET è confluito nel progetto nuSCOPE che prevede di porre tracciatori al silicio nella linea di produzione dei neutrini per determinarne l’energia evento per evento con una precisione senza precedenti, attraverso la ricostruzione completa del decadimento da cui vengono originati. L’alta risoluzione temporale di questi rivelatori consentirà inoltre di associare univocamente la produzione del neutrino con la sua interazione in un rivelatore vicino.
A Padova è stata concepita l’idea originaria di ENUBET per un fascio di neutrini monitorato e il gruppo locale si occupa dello sviluppo della linea di fascio di nuSCOPE e dei rivelatori per la sua strumentazione. Maggiori info
Responsabili locali: Fabio Pupilli
EUCLID
è una missione dell’ESA con l’obiettivo di creare la più precisa mappa esistente della distribuzione di materia visibile e oscura, al fine di studiare l’espansione dell’Universo e la natura dell’energia oscura. La mappa sarà prodotta misurando il redshift e il debole effetto di lente gravitazionale di miliardi di galassie. Il lancio del satellite è programmato per l’autunno 2022. Maggiori info
Coordinatore scientifico: Stefano Dusini
FERMI
è un satellite per la cosiddetta “astronomia dei raggi gamma ad alta energia”. È in funzione dal 2008, e osserva i fotoni in un ampio intervallo di energie. Permette una visione senza precedenti di fenomeni fisici delle alte energie dal Sistema Solare ai confini più remoti del cosmo. Maggiori info
Responsabile locale: Riccardo Rando
GERDA/LEGEND
è un esperimento situato presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso in Italia. Il suo obiettivo è svelare la ‘natura’ del neutrino, attraverso la verifica dell’esistenza di un decadimento radioattivo molto particolare del 76Ge, in cui vengono emessi solo due elettroni e nient’altro. Maggiori info
Responsabile locale: Riccardo Brugnera
ICAR_US
Questo rivelatore è la prima dimostrazione su larga scala delle capacità dei rivelatori per neutrini, realizzati con argon liquido, proposti per la prima volta nel 1977 da Carlo Rubbia. Dopo aver operato al Gran Sasso, attualmente sta registrando nuove interazioni di neutrini al Fermilab di Chicago. Maggiori info
Responsabile locale: Christian Farnese
JUNO
Il grande rivelatore a scintillatore liquido all’avanguardia per la fisica dei neutrini, JUNO, misurerà con una precisione senza precedenti l’energia dei neutrini prodotti da due grandi centrali nucleari, ciascuna ad una distanza di 53 km dall’esperimento . Permetterà di fare luce sulla struttura delle masse dei tre neutrini conosciuti (la cosiddetta “gerarchia di massa”). Maggiori info
Responsabile locale: Alberto Garfagnini
MOONLIGHT2
studia la gravità misurando con estrema precisione la distanza tra la Terra e gli altri corpi celesti. Per farlo, si fa uso della misura del tempo che impulsi laser, inviati tramite dei telescopi, impiegano a percorrere la distanza tra questi e dei riflettori, installati su satelliti artificiali in orbita, sulla Luna o su Marte. Maggiori info
Responsabile locale: Paolo Villoresi
QUAX
Fra i candidati più promettenti per la materia oscura ci sono gli assioni. L’esperimento QUAX, in corso ai Laboratori Nazionali di Legnaro, sta investigando se queste particelle leggere ma potenzialmente molto abbondanti permeano il nostro spazio. Per riuscirci, impiega sfere magnetiche poste all’interno di un campo elettromagnetico molto intenso presente all’interno di un conduttore di rame eccitato da onde radio. Maggiori info
Responsabile locale: Gianni Carugno
RADIOAXION
L’esperimento RadioAxion mira a rilevare gli assioni della materia oscura cercando i cambiamenti modulati nel tempo nelle costanti di decadimento dell’Americio-241 (decadimento alfa) e del Potassio-40 (decadimento per cattura elettronica). Per studiare i decadimenti indipendentemente dal flusso di raggi comici, in particolare dalla sua variazione temporale durante l’anno (2-3 percento), abbiamo installato l’apparato sperimentale nei Laboratori sotterranei del Gran Sasso, in un container posto di fronte alla Hall B.
Responsabile locale: Carlo Broggini
HYPER_K
Hyper-Kamiokande è un esperimento sulla fisica dei neutrini di nuova generazione, successore di Super-Kamiokande e T2K, con inizio previsto nel 2028. Il fascio di neutrini sara’ il piu’ intenso al mondo con una potenza di 1.3 MW. Sarà prodotto utilizzando protoni di 30 GeV di energia nel laboratorio J-PARC di Tōkai, sulla costa pacifica del Giappone e studiato nel rivelatore principale costruito sotto il monte Nijuugo a 295 km dalla sorgente. Il rivelatore Hyper-Kamiokande avra’ una massa fiduciale di 188kton, circa 8.4 volte superiore a quella di Super-Kamiokande. Un cilindro di acqua ultrapura e’ posizionato in una caverna con un diametro di 69m ed un’altezza di 93.7m posto ad una profondita` di circa 600 m. Esso sarà equipaggiato da 20000 fotomoltiplicatori da 50cm di diametro e 800 multi-PMT. Hyper-Kamiokande studiera` la possibile violazione della simmetria CP misurando l’apparizione di neutrini elettroni in un fascio di neutrini muonici di 600 MeV e il processo corrispondente per gli anti-neutrini. I dati dei neutrini atmosferici inoltre aiuteranno a determinare la gerarchia delle masse dei neutrini. Hyper-Kamiokande potrà inoltre osservare i neutrin solari, i neutrini da esplosioni di supernovae fino alla galassia di Antromeda e il segnale prodotto cumulativamente dalle supernove in tutta la storia dell’universo (“diffuse supernova neutrino background”). Potra’ inoltre sondare la possibilità che il protone sia instabile fino a vite medie di 10^35 anni. L’INFN ha sviluppato elementi fondamentali per l’esperimento come l’elettronica di lettura dei fotomoltiplicatori, lo sviluppo e la costruzione di parte dei multi-PMT, il rivelatore vicino (ND280) e il computing. Maggiori info
Responsabile locale: Gianmaria Collazuol
VIRGO
rivela onde gravitazionali di origine astrofisica, ad esempio prodotte dalla fusione di sistemi binari di buchi neri o stelle di neutroni, in una rete globale con i rivelatori LIGO e KAGRA. Il rivelatore Virgo è costituito da un interferometro laser con due bracci lunghi ciascuno 3km e tra loro perpendicolari, installato vicino a Pisa in Italia. La collaborazione Virgo è formata da circa 700 membri distribuiti in 15 diverse nazioni. Maggiori info
Responsabile locale: Livia Conti