ICARUS
Staff
Collaboratori esterni
S. Centro (INFN), A. Guglielmi (INFN), G. Meng (INFN), F. Varanini (INFN), S. Ventura (INFN).
Attività di ricerca
ICARUS è un progetto dedicato allo studio delle oscillazioni dei neutrini e della stabilità della materia basato sull’utilizzo di camere a proiezione temporale riempite con Argon Liquido (LAr-TPC), una tecnica di rivelazione proposta per la prima volta nel 1977 da Carlo Rubbia.
Questa tecnica permette di realizzare rivelatori elettronici omogenei e completamente attivi, con masse dell’ordine delle migliaia di tonnellate, che possiedono insieme le capacità di visualizzazione caratteristiche delle camere a bolle (con risoluzioni spaziali dell’ordine di un millimetro) e le proprietà tipiche dei calorimetri elettromagnetici.
La ridondanza delle informazioni fornite rendono possibile la ricostruzione topologica degli eventi, la identificazione delle particelle mediante lo studio della loro densità di ionizzazione nonché la misura calorimetrica dell’energia depositata. Tutte queste proprietà rendono le LAr-TPC un rivelatore ideale per lo studio degli eventi rari ed in particolare per lo studio delle interazioni di neutrino, consentendo l’identificazione con ottima efficienza dei neutrini di tipo muonico ed elettronico.
Il rivelatore ICARUS T600 rappresenta, con una massa attiva di 476 tonnellate, lo stato dell’arte delle LAr-TPC ed ha funzionato con successo dal 2010 al 2013 presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS). Durante questo periodo ha raccolto con elevata efficienza circa 3000 interazioni di neutrino del fascio CNGS indagando tramite l'oscillazione νμ→ νe la possibile esistenza di neutrini sterili.
Ha inoltre raccolto e sta tuttora studiando eventi associati a raggi cosmici allo scopo di identificare le interazioni prodotte dai neutrini atmosferici.
I risultati ottenuti ai LNGS rendono ICARUS una pietra miliare per la costruzione dei futuri rivelatori di grande massa (~30 kton di LAr) che verranno impiegati per la determinazione del parametro di violazione di CP e della gerarchia di massa dei neutrini (esperimento LBNF/DUNE). Inoltre la tecnologia delle TPC ad Argon Liquido risulta la più idonea per la ricerca di oscillazioni νμ→ νe con fasci di neutrini di energia ~1 GeV. Il rivelatore T600 a partire dal 2017 verrà installato sul fascio BNB di neutrini di bassa energia (~0.8 GeV) del Fermilab nell’ambito di un nuovo esperimento per lo studio delle anomalie osservate da LSND, MiniBooNE, reattori nucleari e sorgenti di calibrazione degli esperimenti solari che suggeriscono la presenza di neutrini "sterili". Questo nuovo esperimento, alla cui realizzazione il gruppo ICARUS di Padova sta attivamente contribuendo, utilizza tre rivelatori basati sulla tecnologia delle LAr-TPC, posizionati a diverse distanze lungo la linea di fascio: dal confronto fra gli spettri degli eventi di neutrino osservati nelle differenti posizioni sarà possibile evidenziare in maniera diretta l’eventuale presenza di oscillazioni anomale, chiarendo definitivamente il problema dei neutrini "sterili".
Research Activity
ICARUS is a project aiming at the study of neutrino oscillation and matter stability exploiting time projection chambers filled with liquid Argon (LAr-TPC), a detection technique first proposed by Carlo Rubbia in 1977.
This technique allows to build homogeneous and fully active electronic detectors, with mass of the order of thousands of tons, presenting at the same time bubble chamber like visualization capabilities (with ~millimeter spatial resolutions) as well as the typical properties of electromagnetic calorimeters.
The richness of collected information allows the topological reconstruction of the events, particle identification by measuring the ionization density and the calorimetric measurement of deposited energy. These features make LAr-TPC the ideal detector to study rare events and in particular the neutrino interactions, with an unambiguous and efficient identification of the muon and electron neutrino.
The ICARUS T600 represents, with 476 ton active mass the state of the art for LAr-TPC detectors. It operated successfully underground from 2011 to 2013 at the Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS). It collected with high efficiency about 3000 neutrino interactions from the CNGS beam, searching for anomalous νμ→ νe oscillation signal to investigate the possible existence of sterile neutrino.
In addition the detector collected cosmic ray interaction events which are now being analyzed to identify atmospheric neutrino interactions. The successful operation at LNGS and the obtained results make ICARUS a milestone for future large mass detectors (~30 kton of LAr) to be deployed to assess CP violation parameter and neutrino mass hierarchy (LBNF/DUNE experiment). Moreover LAr-TPCs represent the ideal detector to search for νμ→ νe oscillations with ~1 GeV neutrino beams.
Starting from 2017 the T600 detector will be installed in Fermilab to be exposed to the BNB low energy (~0.8 GeV) neutrino beam to become the far detector within the short baseline neutrino program (SBN) aiming at the definitive clarification of the LSND anomaly which, together with the other neutrino anomalies observed by MiniBooNE, nuclear reactors and calibration sources for solar experiments, suggest the existence of “sterile” neutrino.
The Padova ICARUS group is actively contributing to the realization of this new experiment, which will exploit three LAr-TPC detectors at different distances along the beam line: the comparison of neutrino spectra measured at the different positions will permit to unambiguously detect the possible existence of anomalous oscillations, clarifying the “sterile” neutrino problem.
