KM3NET

 

Nome: Km3net

Che cos’è: è un telescopio sottomarino per osservare neutrini cosmici di altissima energia

Dove: latitudine 36°25.010 N, longitudine 015°53.660 E, profondità 3470, Mar Ionio 100 km a SE della Costa Sud della Sicilia (Capo Passero)

Quando: inizio costruzione 2012, fine costruzione 2015

 

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L’esperimento

È un telescopio per neutrini cosmici di alta energia, che mira a identificare le sorgenti astrofisiche dei raggi cosmici e dell’antimateria. In generale, permetterà di studiare i fenomeni “esplosivi” dell’universo. Sarà costituito da decine di migliaia di sensori ottici (fotomoltiplicatori), “occhi” elettronici che formeranno un’antenna sottomarina in grado di identificare la scia luminosa prodotta in mare dalle rare interazioni dei neutrini di origine astrofisica con l’acqua. È un progetto che coinvolge l’INFN, numerose Università Italiane e Istituti di ricerca di dieci Paesi Europei, riuniti nel Consorzio KM3NeT.

 

Come è fatto

I neutrini sono particelle molto elusive: sono dotate di massa infinitesimale, non hanno carica e interagiscono solo debolmente con la materia. Per rivelarle è necessario costruire telescopi che occupano grandi volumi. Da qui il progetto KM3NeT, che prevede l’installazione sul fondale marino di un rivelatore dell’ordine del chilometro cubo. L’acqua, nella quale sarà immerso il telescopio, ha il duplice scopo di schermare il rivelatore dalla radiazione cosmica che viene a costituire rumore di fondo, e quello di consentire la rivelazione dei neutrini attraverso l’osservazione del cosiddetto “effetto Cherenkov”. Quando un neutrino interagisce con l’acqua del mare, infatti, produce dei muoni che, viaggiando nell’acqua a una velocità superiore a quella della luce, producono una debole scia luminosa, la “luce Cherenkov”, appunto. Il rivelatore, grazie ai suoi fotomoltiplicatori, sarà in grado di raccogliere questo flebile lampo e di trasmetterlo ai laboratori di superficie per l’analisi dei dati.

 

Obiettivi scientifici

I neutrini sono dei messaggeri cosmici da cui i ricercatori si aspettano un grande contributo al progresso delle conoscenze astrofisiche e cosmologiche. I moderni osservatori astrofisici e i rivelatori di raggi cosmici permettono di studiare l’universo in tutto lo spettro delle onde elettromagnetiche, dalle onde radio fino ai raggi gamma. Ciononostante l’universo è sostanzialmente opaco sia alla radiazione gamma di energia maggiore del TeV sia ai raggi cosmici di energia estrema, e ciò ci preclude l’osservazione “ad alta energia” delle potenti sorgenti extragalattiche. Da qui il grande interesse per lo studio dei neutrini astrofisici. Perché sono gli unici messaggeri cosmici che, non avendo carica ed essendo dotati di massa piccolissima, sono in grado di percorrere grandi distanze senza che la loro traiettoria venga deviata dai campi magnetici e senza interagire con la materia. I neutrini, prodotti dalle stesse sorgenti dei raggi cosmici, potrebbero permetterci quindi di individuarle in modo univoco: mentre i raggi cosmici sono deflessi dai campi magnetici e giungono sulla Terra in modo sostanzialmente isotropo, i neutrini percorrono indisturbati enormi distanze, conservando intatte le informazioni sulla loro sorgente.

Il telescopio per neutrini, inoltre, potrà individuare le regioni della Galassia nelle quali antimateria “pesante” potrebbe accumularsi per attrazione gravitazionale e annichilirsi, decadendo in neutrini.

Infine il telescopio sottomarino per neutrini sarà anche il più grande laboratorio abissale aperto alle comunità di ricercatori che studiano le Scienze del Mare e della Terra.

 

Tecnologia

Verrà installato a 3500 m di profondità nel Mar Ionio. I sensori ottici saranno installati su alcune centinaia di strutture meccaniche alte circa 1 km, ancorate a 3500 m di profondità sul fondo marino e tenute in posizione verticale da boe di profondità. Una rete di cavi sottomarini permetterà di fornire direttamente l’alimentazione elettrica da terra. I dati registrati dal telescopio saranno inviati verso riva tramite fibre ottiche, in tempo reale. L’architettura del telescopio è ottimizzata per osservare i segnali dei neutrini di alta energia (maggiore 1 TeV = mille miliardi di elettron-Volt), provenienti da oggetti astrofisici “esplosivi”, sia galattici come i resti di supernova, sia extragalattici come i Nuclei Galattici Attivi (Agn) e i Gamma Ray Burst (Grb).

 

Partecipanti/ collaborazione

Alla collaborazione internazionale partecipano Cipro, Francia, Germania, Grecia, Irlanda, Olanda, Regno Unito, Romania, Spagna. La collaborazione italiana, finanziata e guidata dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) e da numerose Università (Bari, Bologna, Catania, Genova, Napoli, Roma Sapienza), ha condotto la fase preparatoria del progetto Europeo Km3net. Inoltre sotto la sigla INFN “Nemo” (Neutrino Mediterranean Observatory) la collaborazione conduce dal 1998 un’intensa attività di ricerca per lo studio del sito abissale di Capo Passero e lo sviluppo delle tecnologie sottomarine per la costruzione del rivelatore.