Un laboratorio profondo 700 m, una vasca grande quanto il Colosseo, una sfera di acciaio riempita da 20mila tonnellate di liquido trasparente purissimo: non è fantascienza ma il progetto JUNO il cui obiettivo è stabilire la massa dei neutrini.
Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO) è un esperimento di fisica internazionale nato nel 2014 nel Sud della Cina, nella provincia cinese del Guangdong, a cui partecipano oltre 600 scienziati e oltre 30 università e istituti di ricerca. L’Italia vi partecipa con 7 università e l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN). Un progetto da 300 milioni di dollari, serviti per costruire un gigante sotterraneo per dare la caccia a una delle particelle di cui ancora conosciamo poco: il neutrino. Questa particolare particella subatomica è priva di carica elettrica, con una massa estremamente piccola di cui ancora non si conosce l’esatta misura. Prodotta in grande abbondanza nel sole, durante i processi di fissione nucleare e in generale dalle stelle. Una delle caratteristiche dei neutrini (nel Modello Standard sono tre: elettronico, muonico e tauonico) è quella di non interagire, o farlo raramente, con la materia e di poterla attraversare praticamente indisturbati.
L’obiettivo di JUNO
“JUNO utilizza gli antineutrini dell’elettrone, prodotti da reazioni nucleari, che passeranno all’interno di uno scintillatore da 20mila tonnellate, un materiale liquido trasparente ed estremamente puro, in grado di emettere impulsi di luce quando è attraversato da particelle cariche che rilasciano energia nel penetrare la materia”, spiega a Corriereuniv.it il prof. Alberto Garfagnini del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Padova e coordinatore padovano del progetto (Nota: il coordinatore italiano è il Dr. Gioacchino Ranucci dell’INFN di Milano). Le reazioni nucleari verranno prodotte da reattori nucleari a circa 53 km dal sito. Oltre a fornire una grande quantità di neutrini, i reattori si trovano anche a una distanza ottimale, che garantisce una maggiore probabilità che si verifichi l’oscillazione. Quest’ultima dipende infatti da due fattori: l’energia dei neutrini e la distanza dal luogo in cui sono prodotti. In base a quanto viaggiano, cioè, hanno una certa probabilità di mutare. L’INFN Padova e il Dipartimento di Fisica, insieme all’Institute of High Energy Physics di Pechino, si sono occupati dell’elettronica di acquisizione.
“La luce che viaggerà attraverso lo scintillatore verrà fotografata da 20mila fotomoltiplicatori (rivelatori di luce Ndr.) – afferma Garfagnini -. Con questo sistema vogliamo rilevare le interazioni che si genereranno dall’esperimento, che per mezzo dello spettro rilevato si dovrebbe riuscire a capire la gerarchia di massa”. Ed è proprio quest’ultimo aspetto l’obiettivo finale di JUNO. “Il problema è che non si conosce il valore assoluto della massa dei neutrini – continua il professore – ma solo la loro differenza al quadrato. E questo deriva dal fenomeno dell’oscillazione. Noi conosciamo le differenze di massa tra queste particelle ma non sappiamo qual è quella più pesante e quale la più leggera”.
Quali saranno i benefici se l’esperimento dovesse avere successo? “Conoscere la gerarchia di massa, oltre alla conoscenza di base con cui si potrà completare il Modello Standard delle particelle elementari, ci sono a cascata tutta una serie di informazioni collegate alla cosmologia, a come mai nell’universo ci sono tante materie e non tante antimaterie. Qual è il meccanismo che dopo il Big Bang e l’espansione iniziale dell’universo ha fatto si che l’antimateria sia sparita e sia rimasta solo la materia. Conoscere la gerarchia di massa potrebbe aiutare nei vari modelli sia la cosmologia, che la fisica delle particelle elementari”.
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