Si inaugura CUORE: il gigante freddo che studia neutrini

Date: 
23 ottobre 2017

Comunicato stampa dell'INFN

Si inaugura oggi, lunedì 23 ottobre, ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) dell’INFN l’esperimento CUORE (Cryogenic Underground Observatory for Rare Events), il più grande rivelatore criogenico mai costruito, concepito per studiare le proprietà dei neutrini.

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.
Grazie alla notevole precisione raggiunta in questa prima fase, CUORE è già riuscito a restringere significativamente la regione in cui cercare il rarissimo fenomeno del doppio decadimento beta senza emissione di neutrini, principale obiettivo scientifico dell’esperimento. 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.”

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 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.

CUORE è un esperimento di altissima precisione che impiega una tecnologia unica al mondo e la sua costruzione ha richiesto oltre dieci anni di lavoro. Prima di completare CUORE i ricercatori hanno costruito un prototipo chiamato Cuore-0, composto da un’unica torre in funzione dal 2013 al 2015 i cui primi risultati sono stati annunciati nell’aprile 2015. "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."

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.

Il neutrino di Majorana e il mistero dell’asimmetria tra materia e antimateria.

Il doppio decadimento beta è un processo nel quale, all’interno di un nucleo, due neutroni si trasformano in due protoni, emettendo due elettroni e due antineutrini. Nel doppio decadimento beta senza emissione di neutrini non vi è invece emissione di neutrini grazie al fatto che uno degli antineutrini si è trasformato, all’interno del nucleo, in neutrino. Le particelle dotate di carica elettrica non possono subire questa trasformazione in quanto implicherebbe la violazione di uno dei principi base che descrivono il comportamento delle particelle elementari. In effetti, il Modello Standard delle interazioni fondamentali prevede che ciò valga anche per i neutrini, malgrado tali particelle non siano elettricamente cariche.

Ma i neutrini potrebbero essere particelle davvero speciali. Se, come ipotizzato negli anni ’30 del secolo scorso, dal fisico italiano Ettore Majorana i neutrini e gli antineutrini fossero due manifestazioni della stessa particella, come le due facce di una stessa moneta, la transizione tra materia e antimateria risulterebbe possibile. Questo 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.

Il rivelatore CUORE ha raggiunto la sua temperatura di funzionamento

Date: 
30 gennaio 2017

Siamo molto contenti di annunciarvi un nuovo traguardo per il nostro esperimento: il rivelatore CUORE ha raggiunto la sua temperatura di funzionamento di 10 mK! Abbiamo raffreddato più di una tonnellata di diossido di tellurio e rame ad appena un centesimo di grado sopra lo zero assoluto, e ora stiamo vedendo i primi chiari segnali dal nostro rivelatore. La prossima fase consiste nell’ottimizzazione della nostra elettronica e del software di analisi. Presto, inizieremo a prendere i dati ufficiali, quindi continuate a seguirci!

Grazie di cuore a tutti i collaboratori, passati e presenti, che ci hanno aiutato a raggiungere questo traguardo!

Per proteggere i rivelatori dalla radioattività ambientale durante l'installazione, è stata allestita un'apposita camera pulita dotata anche di filtri per rimuovere il radon dall'aria

Italian

Completata L'Installazione del Rivelatore

Date: 
1 September 2016

Comunicato stampa dell'INFN

L'esperimento CUORE (acronimo per Cryogenic Underground Observatory for Rare Events) che si trova ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare ha completato l'installazione delle 19 "torri" che compongono il rivelatore. L'operazione, delicatissima e di estrema precisione, ha richiesto la collaborazione di un team di scienziati, ingegneri e tecnici e si è conclusa il 26 agosto.

"Tutte le 19 torri che costituiscono il rivelatore, composto da 988 cristalli di ossido di Tellurio e con un peso di quasi 750 kg, sono ora sospese al punto più freddo del criostato dell'esperimento" commenta Oliviero Cremonesi spokesperson dell'esperimento – "Ora la Collaborazione si sta preparando per gli ultimi ritocchi al sistema per poi procedere, nei prossimi mesi, alla chiusura del criostato, al suo raffreddamento e all'inizio delle operazioni scientifiche". CUORE è un esperimento ideato per studiare le proprietà dei neutrini, in particolare, l'esperimento cerca un fenomeno raro chiamato doppio decadimento beta senza emissione di neutrini.

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. L'esperimento è una collaborazione internazionale formata da circa 157 scienziati provenienti da trenta istituzioni in Italia, USA, Cina e Francia. Per l'INFN partecipano le sezioni di Bologna, Genova, Milano Bicocca, Padova e Roma oltre ai Laboratori Nazionali di Frascati, Gran Sasso e Legnaro. (Credit: Yury Suvorov/ UCLA, LNGS; and CUORE Collaboration)

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