BOREXINO VEDE IL MOTORE DELLE STELLE

opyright INFN L'utilizzo della foto è gratuito previa autorizzazione dell'Ufficio Comunicazione INFNOttenuta per la prima volta dall'esperimento Borexino ai Laboratori del Gran Sasso dell'INFN la prova sperimentale dell'esistenza delle principali reazioni nucleari, che alimentano e tengono in vita le stelle.

Arriva dallo studio dei neutrini solari la prova sperimentale di come funziona il motore delle stelle. L'ha ottenuta l'esperimento Borexino ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, studiando i neutrini di bassissima energia prodotti dalle fusioni nucleari nel cuore delle stelle.

Secondo i modelli astrofisici attuali nel Sole e nelle stelle di dimensioni simili, la reazione nucleare dominante (nota come pp) è la fusione di due nuclei di idrogeno, che forma un nucleo di deuterio (protone e neutrone) ed è capace di innalzare la temperatura all'interno delle stelle fino a dieci milioni di gradi.

Nelle stelle di dimensioni maggiori (almeno una volta e mezza la massa solare) la reazione pp non produce invece abbastanza energia per contrastare la forza gravitazionale della materia stellare, che farebbe implodere la stella su se stessa. A evitare il collasso è un altro ciclo di fusione nucleare che coinvolge i nuclei di Carbonio, Azoto e Ossigeno e innalza la temperatura interna di queste stelle oltre i 18 milioni di gradi. Questo ciclo si chiama CNO e se non esistesse dovremmo immaginarci un Universo molto più buio e illuminato solo da piccole e rare stelle.

Queste reazioni nucleari, ipotizzate già da lungo tempo, fino ad oggi non erano però mai state osservate in maniera diretta.

Nei giorni scorsi la collaborazione Borexino ha annunciato di avere raggiunto la prova sperimentale dell'esistenza delle reazioni "pp" (attraverso la misura di una reazione figlia) e un limite molto stringente sull'esistenza della CNO, con misure in accordo con le previsioni del Modello Solare.

Come è stato possibile?

La fusione nucleare nelle stelle produce una grande quantità di neutrini a bassissima energia che in parte raggiungono la Terra. Questi neutrini sono anche più difficili da rivelare e osservare di quelli di energia più elevata e Borexino, posto nelle caverne sotterranee dei Laboratori del Gran Sasso, è oggi l'unico esperimento al mondo in grado di misurarli in tempo reale. La copertura della roccia del Gran Sasso (circa 1400 m sotto la montagna) infatti assorbe i raggi cosmici, mentre le tecnologie sviluppate dall'esperimento permettono di sopprimere le tracce di radioattività a livelli mai ottenuti fino ad oggi. E' possibile così schermare l'esperimento e far emergere i deboli segnali prodotti dai rarissimi urti dei neutrini con la grande massa di materiale del rivelatore.

Grazie alle sue caratteristiche uniche il rivelatore Borexino aveva già ottenuto in passato la prova sperimentale dell'esistenza di reazioni minori che avvengono nel Sole e la prima reale evidenza dei neutrini provenienti dall'interno della Terra.

La collaborazione Borexino è una collaborazione internazionale fra tre gruppi dell'INFN, tre Università statunitensi, e altri gruppi tedeschi, russi, francesi, polacchi. I gruppi dell'INFN, insieme a quello di Princeton, hanno un ruolo predominante. Il coordinatore ("spokesman") della collaborazione è il Prof. Gianpaolo Bellini dell'Università di Milano e dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare.

 


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Per saperne di più:

Come è fatto Borexino

L'esperimento, a cui lavorano circa 100 persone tra fisici, ingegneri e tecnici, ha avuto come maggiore finanziatore l'INFN con importanti contributi da Stati Uniti, Germania, Francia e Russia.

All'esperimento prendono parte le sezioni INFN e le Università di Milano, Genova, Perugia, i Laboratori del Gran Sasso, la Technische Universitat di Monaco, il Max Planck Institut di Heidelberg, l'APC francese, la Jagellonian University di Cracovia, il JINR di Dubna e il Kurchatov Institute di Mosca e infine gli statunitensi della Princeton University e del Virginia Polytechnical Institute.

Borexino continuerà la sua presa dati per almeno 10 anni, la durata di un ciclo della vita solare.

L'esperimento visto dall'esterno appare come una cupola di sedici metri di diametro al cui interno si trova una sorta di "matrioska", una di quelle bambole russe che entrano l'una nell'altra. Dentro la cupola vi è una massa di 2.100 tonnellate di acqua che serve come primo schermo per le emissioni radioattive delle rocce e dell'ambiente, e come rivelatore per i pochissimi residui di raggi cosmici che attraversano le migliaia di metri di roccia sotto le quali si trova il Laboratorio.

All'interno del volume dell'acqua si trova una sfera di acciaio che contiene, nella parte interna 2.200 fotomoltiplicatori, cioè apparati che possono registrare la presenza di lampi di luce provocati dai neutrini. Questa sfera contiene mille tonnellate di pseudocumene, un idrocarburo, utilizzato per schermare la parte sensibile dell'esperimento.

Infine, il cuore ultimo di Borexino contiene, dentro una sfera di nylon 300 tonnellate di liquido scintillante. L'acqua e l'idrocarburo di schermo nonché lo scintillatore posseggono una radiopurezza mai ottenuta finora a livelli così bassi.

Il funzionamento assomiglia a quello di un vecchio flipper: quando i neutrini si scontrano con gli elettroni dello scintillatore trasferiscono loro parte dell'energia incidente, provocando un lampo luminoso nel liquido. Questi lampi vengono visti dai fotomoltiplicatori grazie alla trasparenza delle sfere interne. L'apparato consente di misurare l'energia e la posizione degli urti provocati dai neutrini incidenti.

L'apparato CTF per la misura della radioattività.

Per essere sicuri di non essere disturbati nelle osservazioni di particelle così sfuggenti come i deboli neutrini sotto 1 MeV di energia, i ricercatori hanno dovuto assicurarsi che la radioattività naturale dei materiali impiegati per la costruzione del rivelatore fosse ridotta fino a livelli "innaturali". Cioè una radioattività molto più bassa di quella normalmente esistente in natura.

I ricercatori hanno sviluppato nuove tecnologie con una ricerca di più di 8 anni per garantirsi queste prestazioni. Così hanno selezionato i materiali più rispondenti a queste caratteristiche, quindi hanno purificato i liquidi e i gas dai residui radioattivi. I risultati raggiunti sono straordinari: si è arrivati ad avere per ogni grammo di sostanza utilizzata una presenza radioattiva pari a 0,000000000000000001 cioè zero virgola 17 volte zero. L'azoto utilizzato nell'esperimento ha un'emissione radioattiva di circa 1 miliardo di volte inferiore rispetto all'azoto reperibile in natura.

Per misurare conteggi così estremamente bassi, è stato costruito un apparato di test chiamato CTF (Counting Test Facility) contenente mille tonnellate di acqua purissima più cinque tonnellate di liquido rivelatore.

Al mondo non esiste nessun altro rivelatore di queste dimensioni con un'analoga sensibilità nella misura della radioattività. Aver raggiunto questa purezza e poterla misurare è un successo tecnologico che potrà essere adottato dalle industrie che richiedono sostanze particolarmente pure, come quella farmaceutica o dei materiali.

ANTONIO MASIERO ELETTO NUOVO MEMBRO DELLA GIUNTA INFN

Copyright INFN L'utilizzo della foto è gratuito previa autorizzazione dell'Ufficio Comunicazione INFNOggi il Comitato direttivo dell'INFN ha eletto il professor Antonio Masiero nuovo membro della Giunta direttiva.

Antonio Masiero è nato a Vicenza nel 1955, sposato con due figli, dal 2001 è professore ordinario di fisica all'Università di Padova e dal 2006 direttore della Sezione di Padova dell'INFN. Laureato all'Università di Padova nel 1978 (con una tesi sull'unificazione delle interazioni fondamentali), ha trascorso otto anni di attività di ricerca all'estero (postdoc all'Università di Ginevra, al CERN e al Max Planck Institut di Monaco, assistant professor alla New York University) nel periodo 1979 - 1987. Antonio Masiero comincia la carriera di ricercatore all'INFN nel 1982 presso la Sezione di Padova divenendo poi primo ricercatore sempre nella stessa Sezione nel 1987. E' professore universitario dal 1994, prima in qualità di straordinario all'Università di Perugia, poi quale ordinario alla SISSA di Trieste e quindi all'Università di Padova. Il suo campo di ricerca si estende dalla fisica delle particelle alla fisica astroparticellare, con particolare attenzione a segnali di nuova fisica oltre il Modello Standard particellare. Masiero è autore di circa 200 pubblicazioni scientifiche e relatore su invito ad un centinaio di congressi internazionali.


 


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GLI ESPERIMENTI ATLAS E CMS PRESENTANO LO STATO ATTUALE DELLA RICERCA DELL’HIGGS

635-1Dichiarazione di Fernando Ferroni, presidente INFN "Questo risultato, certamente significativo anche se non definitivo, è stato conseguito da esperimenti guidati da italiani che, al pari di quelli che dirigono tutti gli altri esperimenti di LHC, vengono dalla grande fucina dell'INFN, dalla scuola italiana di fisica. E' la dimostrazione che, in questa disciplina, siamo in grado di competere ad altissimo livello nel mondo attraverso professionisti stimati in ambito internazionale e chiamati a dirigere le ricerche di punta della fisica contemporanea. Il 20 dicembre avremo la fortuna di poter far incontrare con il pubblico di Milano, i cinque coordinatori degli esperimenti di LHC, tutti italiani, assieme al direttore della ricerca scientifica del CERN, anche lui ex vicepresidente dell'INFN".

TRADUZIONE DEL COMUNICATO STAMPA DEL CERN A CURA DELL'INFN

 

Gli esperimenti ATLAS e CMS presentano lo stato attuale della ricerca dell'Higgs 13 dicembre, 2011. In un seminario tenutosi oggi al CERN, le collaborazioni ATLAS e CMS hanno presentato lo stato della ricerca del bosone di Higgs secondo il Modello Standard delle particelle elementari. I risultati dei due esperimenti sono basati sull'analisi di una quantità di dati molto più consistente di quella presentata alle conferenze estive, una mole tale da segnare un deciso passo avanti nella ricerca del bosone di Higgs, ma non sufficiente a permettere di fare affermazioni conclusive sull'esistenza o non esistenza dell'elusivo Higgs. La conclusione principale è che, se esiste, il bosone di Higgs secondo il Modello Standard ha una massa inclusa con maggiore probabilità nell'intervallo 116-130 GeV per l'esperimento ATLAS e 115-127 GeV per CMS. Entrambi gli esperimenti hanno osservato in questa regione di massa segnali indicativi, ma non ancora sufficientemente forti da permettere la rivendicazione di una scoperta. I bosoni di Higgs, se esistono, hanno una vita media breve e possono decadere in molti modi diversi. La loro scoperta consiste nell'osservazione delle particelle in cui l'Higgs decade piuttosto che sulla sua rivelazione. Sia ATLAS che CMS hanno analizzato diversi canali (modi) di decadimento, e hanno potuto osservare piccoli eccessi di eventi nella regione di massa più bassa non ancora esclusa da precedenti misure o da altri esperimenti. Presi singolarmente, nessuno di questi eccessi di eventi è statisticamente più significativo del risultato che si osserverebbe tirando un dado e ottenendo due sei di fila. L'aspetto interessante è che più misurazioni indipendenti danno indicazioni nella regione 124-126 GeV. E' decisamente troppo presto per dire se ATLAS e CMS abbiano scoperto il bosone di Higgs, ma questi risultati aggiornati stanno generando un grande interesse nella comunità dei fisici delle particelle. "Abbiamo ristretto la regione di massa più probabile per il bosone di Higgs a 116-130 GeV, e nel corso degli ultime settimane abbiamo iniziato a vedere un eccesso di eventi interessanti nel range di massa intorno a 125 GeV", ha spiegato il portavoce dell'esperimento ATLAS Fabiola Gianotti . "Questo eccesso di segnali può essere dovuto ad una fluttuazione statistica, ma potrebbe anche essere qualcosa di più interessante. Non possiamo concludere nulla in questa fase. Abbiamo bisogno di analisi maggiori e di più dati. Date le eccezionali prestazioni di LHC quest'anno, non sarà necessario aspettare a lungo per avere una quantità di dati sufficiente e questo ci consente di prevedere che il puzzle sarà risolto nel corso del 2012" "Non possiamo escludere la presenza del bosone di Higgs del Modello Standard tra i 115 e 127 GeV, a causa di un modesto eccesso di eventi in questa regione di massa, che in modo abbastanza coerente appare in cinque canali indipendenti" ha spiegato il portavoce dell'esperimento CMS, Guido Tonelli. "Questo eccesso è fortemente compatibile con un Higgs del Modello Standard con una massa intorno ai 124 GeV o al di sotto di questo valore, ma la significatività statistica non è sufficiente per trarre conclusioni. Ad oggi ciò che vediamo è  coerente sia con una fluttuazione di fondo, sia con la presenza del bosone di Higgs. Un'analisi più approfondita e i dati che questa magnifica macchina ci permetterà di raccogliere nel 2012, ci metteranno certamente in condizioni di dare una risposta". Nei prossimi mesi, entrambi gli esperimenti approfondiranno ulteriormente le singole analisi dei dati, in tempo per le conferenze invernali di fisica delle particelle previste in marzo. Tuttavia, una dichiarazione definitiva sull'esistenza o non esistenza del bosone di Higgs richiederà più dati, e sarà probabilmente possibile solo nel mesi seguenti del 2012.  Il Modello Standard è la teoria che i fisici usano per descrivere il comportamento delle particelle fondamentali e le forze che agiscono tra queste. Descrive molto bene la materia ordinaria di cui noi, e tutto ciò che è visibile nell'Universo, siamo fatti. Il Modello Standard non descrive però il 96% dell'Universo che è invisibile. Uno degli obiettivi principali del programma di ricerca LHC è proprio l'esplorazione della fisica oltre il Modello Standard, e il bosone di Higgs potrebbe essere la chiave di questa nuova ricerca. Scenari possibili l'esistenza del bosone di Higgs secondo il Modello Standard potrebbe confermare questa prima teoria avanzata nel 1960, ma il bosone di Higgs potrebbe assumere anche altre forme, descritte da teorie che vanno oltre il Modello Standard. La scoperta di un Higgs secondo il Modello Standard potrebbe comunque aprire la strada a nuova fisica, grazie a peculiarità nel comportamento di questa particella, che potrebbero emergere dopo avere studiato un gran numero di suoi decadimenti. La rivelazione di un bosone di Higgs non-Standard (diverso da quello previsto dal Modello Standard, ndt), attualmente fuori dalla portata degli esperimenti di LHC con i dati finora accumulati, aprirebbe immediatamente la porta a nuova fisica, mentre l'affermazione della non esistenza del bosone di Higgs Standard spingerebbe immediatamente verso la nuova fisica, la cui esplorazione è prevista dal programma di ricerca di LHC al raggiungimento dell'energia di progettazione, dopo il 2014. In ogni caso, che ATLAS e CMS mostrino nei prossimi mesi l'esistenza o meno del bosone di Higgs secondo il Modello Standard, il programma di LHC aprirà la strada a nuova fisica.

 


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UNA DONNA A CAPO DEGLI ITALIANI CHE LAVORANO ALL’ESPERIMENTO CMS DI LHC

636-1Nadia Pastrone è la nuova responsabile dei fisici italiani che lavorano all'esperimento CMS dell'acceleratore di particelle LHC del CERN di Ginevra. Subentra a un'altra donna, Marcella Diemoz, che ha assunto il ruolo di direttore della sezione di Roma La Sapienza dell'Istituto Nazionale di Fisica Nulceare.

Nadia Pastrone è nata ad Asti nel 1960. Dopo la maturità classica ha studiato e lavorato a Torino all'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. La sua attività di ricerca in fisica subnucleare con acceleratori, cominciata al CERN (Ginevra) durante la tesi di laurea, è maturata al Fermilab (Chicago).

Dal 2001 collabora all'esperimento CMS (Compact Muon Solenoid) al Large Hadron Collider (LHC) del CERN, esperimento a cui partecipano oltre 2000 fisici di 37 Paesi diversi. Conclusa la costruzione e l'installazione dell'apparato è impegnata nella presa dati con il gruppo di Torino.

Ha svolto ruoli di coordinamento nell'INFN, insegnato e seguito lavori di tesi.

Da due anni partecipa anche ad un progetto regionale nell'ambito della diagnostica e dello studio dei beni culturali.

 


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I 50 ANNI DEL “NONNO” ITALIANO DI LHC

634-1Giovedì primo dicembre si celebrano a Frascati, in provincia di Roma, i 50 anni dalla costruzione del "nonno" dell'acceleratore LHC di Ginevra: quell'Anello di Accumulazione (AdA) che nel 1961 rappresentò la prima macchina al mondo nella quale i fasci di particelle si scontravano frontalmente dopo aver orbitato in un anello. Quel prototipo unico al mondo fu un grande successo dei Laboratori di Frascati (LNF) dell'allora neonato Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN). E' un lavoro appassionante per centinaia di giovani ricercatori guidati dal fisico austriaco Bruno Touschek.

Dopo la costruzione, avvenuta nel 1961, l'anno successivo AdA venne trasferito in Francia, al LAL (Laboratoire de l'Accelerateur Lineaire), dove si trovava un acceleratore lineare di alta energia e alta intensità grazie al quale le particelle venivano iniettate in AdA. Questo trasferimento segnò l'inizio della sperimentazione nella fisica delle collisioni tra elettroni e le loro particelle di antimateria, i positroni.

Da allora, sono stati costruiti circa 80 acceleratori di quel tipo (con la collisione tra fasci di particelle) nel mondo. Tra questi, il gigantesco (27 km di lunghezza) LHC al CERN.

Giovedì, per iniziativa dei LNF e del LAL, si terrà a Frascati l'evento celebrativo che inizierà alle ore 10 del mattino ai Laboratori di Frascati con la presentazione del nuovo progetto SuperB (CabbiboLab) per la costruzione di un grande anello acceleratore nella piana di Tor Vergata (Roma): un ''figlio futuro'' di AdA. Sulla rilevanza del programma di fisica del progetto SuperB, nel pomeriggio, Roberto Petronzio, direttore del CabibboLab, terrà una conferenza divulgativa ''1961-2011: da AdA a SuperB'' all'Auditorium delle Scuderie Aldobrandini di Frascati.

Nell'occasione le municipalità di Frascati e di Orsay celebreranno un gemellaggio scientifico.

''Gli acceleratori di particelle sono veri e propri velieri della conoscenza'', commenta Umberto Dosselli, direttore dei Laboratori INFN di Frascati. Oggi al mondo ne esistono più di diecimila - prosegue Dosselli - in massima parte dedicati ad attività industriali o della medicina: preparazione di materiali speciali, cure di frontiera di particolari tipologie di tumori, preparazione di radiofarmaci indispensabili alle più avanzate metodologie diagnostiche sono solo alcuni degli esempi dell'importanza degli acceleratori di particelle nella vita di tutti noi. L'INFN, grazie alla sua ricerca, è stato pioniere con AdA di una categoria raffinatissima di queste macchine ed è pronto a spostare, con SuperB, l'asticella della conoscenza ancora più in alto per proseguire i propri studi di fisica delle particelle e per offrire uno strumento di classe mondiale per le sue applicazioni tecnologiche''.

Per il Sindaco di Frascati Stefano Di Tommaso, ''Frascati da oltre 50 anni è un luogo centrale della ricerca di base in Italia e a livello internazionale". Il convegno, promosso dall'INFN per celebrare la fondamentale ricorrenza del primo anello di accumulazione elettrone-positrone al mondo, conferma la sua importanza strategica e le capacità progettuali presenti in Italia, che posero il nostro Paese all'avanguardia nella ricerca, solo pochi anni dopo la nascita dei Laboratori Nazionali dell'INFN''. ''Quella positiva realizzazione del 1961 - prosegue il sindaco Di Tommaso - ha portato come corollario il forte legame tra Frascati e la Città d'Orsay, dove AdA fu trasferito l'anno seguente, congiungendo idealmente i nostri due territori e alimentando lavori, studi e scambi scientifici. Oggi, a cinquant'anni da quell'evento, insieme al Sindaco d'Orsay e alla Comunità dell'INFN vogliamo celebrare questo gemellaggio scientifico. Dopo il successo ottenuto dai Laboratori Nazionali di Fisica Nucleare, negli anni si sono accompagnate ulteriori realizzazioni, anche di altri Enti di Ricerca nazionali e internazionali, operanti nel nostro territorio, e che fanno di Frascati il distretto scientifico piu' grande d'Europa, con oltre 3000 scienziati''.

 


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LNF, Rossana Centioni 06 9403 2423

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