È stato raggiunto un nuovo traguardo che vede protagonista la ricerca e la tecnologia dell’INFN, e in particolare della Sezione di Padova, e del Dipartimento di fisica e astronomia dell’Università di Padova.

Lo scorso 24 giugno, infatti, la collaborazione internazionale JUNO (Jiangmen Underground Neutrino Observatory), nella quale partecipa anche l’INFN, ha raggiunto un importante obiettivo nell’ambito di un esperimento sotterraneo per la rivelazione dei neutrini nel sud della Cina: è stata completata la struttura di acciaio inox che supporterà la sfera di acrilico interna di 35.4 m di diametro. Quest’ultima conterrà tutta la strumentazione e il materiale che permetterà l’osservazione di queste particelle estremamente sfuggenti.

Ed è proprio il gruppo della sezione INFN di Padova e del Dipartimento di fisica e astronomia dell’Università di Padova, che ha realizzato una parte cruciale di questa strumentazione: l’elettronica di acquisizione degli oltre 20,000 fotomoltiplicatori di grandi dimensioni, gli “occhi” del rivelatore che permetteranno di ricostruire l’energia rilasciata dall’interazione dei neutrini nello scintillatore liquido.

Lo scintillatore, infatti, è un materiale capace di emettere impulsi di luce quando viene rilasciata energia dalle particelle che lo attraversano. "Esistono diverse tipologie di scintillatori che si distinguono a seconda delle loro caratteristiche, determinate dal tipo di materiale di cui sono composti. Quello usato nell’esperimento JUNO è uno scintillatore liquido e il liquido utilizzato è il linear alkyl-benzene (LAB)"

“Nonostante i ritardi iniziali legati alla pandemia, i colleghi cinesi hanno lavorato in modo da rispettare la scaletta temporale con cui procede la costruzione di JUNO”, commenta Alberto Garfagnini, responsabile del gruppo di ricerca padovano e aggiunge: “è un risultato molto importante ed apre la strada ai passi successivi che partiranno il prossimo autunno, con l’inizio dell’installazione dei fotomoltiplicatori e dell’elettronica progettata dal gruppo di Padova”.

La particolarità dell’attività del gruppo padovano sta nel fatto che l’elettronica di acquisizione dei dati del rivelatore, a differenza degli esperimenti già in funzione nel mondo, sarà installata a pochi metri dai fotomoltiplicatori, direttamente immersa dentro il serbatoio che contiene lo scintillatore liquido. Tutto questo servirà a diminuire i rumori elettronici nei segnali registrati e aumentare quindi la sensibilità dello stesso rivelatore, ma ha anche richiesto vincoli costruttivi molto stringenti che non permetteranno di riparare o sostituire alcun componente dopo la sua installazione e per l'intera durata della presa dati dell’esperimento, che sarà di sei anni.

Questo è il motivo per cui, nel maggio 2021, si è dovuto avviare scrupolosi test per verificare l’efficienza e l’impermeabilità delle componenti elettroniche avvalendosi della collaborazione dell’impianto Y-40 di Montegrotto Terme (PD): la piscina d’acqua termale più profonda del mondo. Un luogo che ha fornito ai ricercatori condizioni molto simili a quelle in cui opererà l’elettronica all’interno del rivelatore.

Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO) è la sigla di una collaborazione scientifica internazionale, composta da oltre 600 ricercatori da tutto il mondo, per la progettazione, costruzione, e messa in funzione del più grande rivelatore sotterraneo a scintillatore liquido (20,000 tonnellate) per la fisica del neutrino.

L’esperimento JUNO misurerà gli antineutrini artificiali provenienti da un complesso di reattori nucleari situati a 53 km di distanza per studiare la cosiddetta “oscillazione dei neutrini”: quel fenomeno per cui queste elusive particelle, presenti in natura in tre diverse tipologie, mutano da un tipo in un altro. Nello specifico, JUNO indagherà la loro gerarchia di massa, cioè l’ordine in cui sono disposte le masse dei tre tipi di neutrini esistenti. L’esperimento osserverà, inoltre, una pluralità di neutrini di origine naturale, che comprendono quelli solari, atmosferici, terrestri e da supernova, generando un’approfondita e articolata linea di indagine nel campo della fisica astro-particellare.

Link di approfondimento:

• INFN-Padova, il progetto JUNO: https://l.infn.it/nf
• I test nella piscina Y-40: https://l.infn.it/ne
• Gli impianti di purificazione di JUNO: https://l.infn.it/nd

Contatti:

Alberto Garfagnini, referente locale del progetto JUNO – mail: alberto.garfagnini(at)pd.infn(dot)it, tel.: 049.827.7322