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I neutrini e l’ipotesi di Majorana, l’esperimento Cuore

Studiare le proprietà dei neutrini. L’INFN apre le porte dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso in occasione dell’esperimento CUORE, il più grande rivelatore criogenico mai costruito. Majorana aveva ragione?

Questo accade a una manciata di giorni dalle polemiche generate dall’esperimento Sox che prevede l’ utilizzo – come descritto sul sito del programma Cordis dell’ Unione Europea e da pubblicazioni dei ricercatori coinvolti – di una potente sorgente radioattiva di cerio 144 proveniente da combustibile radioattivo di un reattore nucleare russo. Preoccupazioni erano state espresse nei giorni scorsi dagli ambientalisti e dal mondo politico. [Infn: Sox a prova di esplosione nucleare]

Cuore, acronimo di Cryogenic Underground Observatory for Rare Events, è già riuscito a restringere lo spazio in cui cercare il rarissimo fenomeno del doppio decadimento beta senza emissione di neutrini, principale obiettivo scientifico dell’esperimento. Nei primi due mesi di presa dati, l’esperimento ha funzionato con una precisione straordinaria, soddisfacendo pienamente le aspettative dei fisici che lo hanno realizzato.

Questo sta accadendo sotto i 1.400 metri di roccia del Gran Sasso dove c’è uno dei luoghi più freddi mai conosciuti: la sua temperatura sfiora lo zero assoluto e il suo compito è scoprire i segreti dei neutrini e dire se Ettore Majorana, ottanta anni fa, aveva ragione.

infn progetto cuore

I I neutrini hanno una massa? Oppure sono  identici al loro opposto nell’antimateria? Questo dovrà affermare l’esperimento e dare ragione o meno al fisico più misterioso del primo 900. Majorana nel 1937 classifica i neutrini come particelle speciali:  i neutrini e gli antineutrini due manifestazioni della stessa particella, come le due facce di una stessa moneta. In questo caso la transizione tra materia e antimateria risulterebbe possibile. Il fenomeno, seppur estremamente raro, potrebbe esser stato frequente nell’universo primordiale, immediatamente dopo il Big Bang e aver determinato la prevalenza della materia sull’antimateria.

NEUTRINI

Conosciamo CUORE, il gelido gigante a caccia di neutrini
Nei laboratori il rivelatore di CUORE è un gigante di 741 chili realizzato con una tecnologia basata su cristalli cubici ultrafreddi di tellurite progettati per funzionare a temperature bassissime: 10 millesimi di grado sopra lo zero assoluto (–273,15 °C).                                                                                                                                                                                                                                                             La sua La struttura è formata da 19 torri costituite ciascuna da 52 cristalli di tellurite purificata da qualunque contaminante. La più ardita sfida tecnologica affrontata dall’esperimento è stata la realizzazione del criostato in grado di mantenere a pochi millesimi di grado sopra lo zero assoluto le 19 torri sospese al suo interno. L’esperimento lavora in condizioni ambientali di estrema purezza, in particolare di bassissima radioattività. Il criostato è, infatti, schermato dalla pioggia di particelle che provengono dal cosmo sia dai 1400 metri di roccia del massiccio del Gran Sasso sia da uno speciale scudo protettivo realizzato grazie alla fusione di lingotti di piombo recuperati da una nave romana affondata oltre 2000 anni fa, al largo delle coste della Sardegna. Anche gli altri componenti del rivelatore, come ad esempio i supporti in rame che sostengono le torri, sono stati preparati in condizioni di bassissima radioattività e sono stati assemblati evitando qualsiasi contatto con l’aria per impedire contaminazioni provenienti dall’ambiente.

Il futuro di CUORE: cosa cambia

Rivelare questo processo consentirebbe, non solo di determinare la massa dei neutrini, ma anche di dimostrare la loro eventuale natura di particelle di Majorana, fornendo una possibile spiegazione alla prevalenza della materia sull’antimateria nell’universo.

“Questa è solo l’anteprima di ciò che uno strumento di queste dimensioni è in grado di fare” commenta Oliviero Cremonesi, ricercatore INFN e responsabile scientifico dell’esperimento CUORE. “Abbiamo grandi aspettative per il futuro. Nei prossimi cinque anni, infatti, CUORE registrerà una quantità di dati 100 volte superiore a quelli acquisiti in questo primo periodo di presa dati” conclude Cremonesi.

“CUORE ha rappresentato un’incredibile sfida tecnologica il cui successo apre la strada a sviluppi impensati fino a pochi anni fa” dichiara Carlo Bucci, responsabile nazionale INFN e coordinatore tecnico dell’esperimento CUORE. “Grazie alle sue eccezionali caratteristiche è anche uno dei luoghi più freddi di tutto l’universo.”

“Progettare e costruire CUORE è stata un’avventura straordinaria e vederlo in funzione è una grandissima soddisfazione” sottolinea Ettore Fiorini, fisico dell’INFN che per primo ha proposto l’esperimento nel 1998. “L’idea di utilizzare rivelatori termici per la fisica del neutrino ha richiesto decenni di lavoro e lo sviluppo di tecnologie che oggi vengono applicate anche in settori molto distanti dalla fisica delle particelle elementari.”

Scienziati di tutto il mondo a lavoro per CUORE

L’esperimento è una collaborazione internazionale formata da oltre 150 scienziati provenienti da venticinque istituzioni prevalentemente italiane e americane. Per l’Italia partecipa l’INFN con le sezioni di Bologna, Genova, Milano Bicocca, Padova e Roma1 oltre ai Laboratori Nazionali di Frascati, Gran Sasso e Legnaro. A queste si aggiungono le Università di Bologna, Genova, Milano Bicocca e Sapienza di Roma.

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