LNL (Laboratori Nazionali di Legnaro )

 

Nome: Laboratori Nazionali di Legnaro (LNL)

Che cos’è: un centro internazionale per la ricerca in fisica nucleare e sulle applicazioni di tecnologie nucleari. Vi lavorano ogni giorno 250 persone, di cui la metà provenienti da università e centri di ricerca internazionali.

Dove: Legnaro, Padova

Quando: Attivo dal 1962 per iniziativa dell’Università di Padova, ha assunto nel 1968 il ruolo di Laboratorio Nazionale.

Ricerche. I punti di forza sono la realizzazione di acceleratori di nuclei atomici e lo sviluppo di rivelatori di radiazione gamma.

 

 

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> LNL

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Infrastrutture sperimentali

I Laboratori sono dotati di tre grandi acceleratori: uno elettrostatico Tandem-Xtu, e i due superconduttivi Piave e Alpi. I principali apparati sperimentali (rivelatori), al momento in attività ai laboratori, sono Prisma, Garfield e 8πlp.

Prisma è uno spettrometro magnetico di massa che serve a distinguere i prodotti di reazioni nucleari di massa medio-alta e quindi a studiare strutture nucleari come quelle degli isotopi esotici moderatamente ricchi di neutroni. Garfield permette, dall’analisi dei frammenti e delle particelle leggere che nascono dalla collisione proiettile-bersaglio, di identificare i principali processi d’interazione nucleo-nucleo.

Fino alla fine del 2011 i LNL hanno ospitato Agata, il più avanzato ed efficiente spettrometro gamma mai realizzato, frutto della collaborazione dei fisici nucleari europei. Agata permette di studiare i decadimenti gamma dei nuclei instabili prodotti in laboratorio. Ai LNL è adesso avviato lo sviluppo di un nuovo spettrometro per raggi gamma, denominato Galileo.

Sempre ai LNL due acceleratori elettrostatici di bassa energia (Cn e An2000) sono impiegati principalmente per lo studio di nuovi materiali e nei campi della radiobiologia, della fisica ambientale e delle scienze della salute.

 

Partecipazioni/ collaborazioni

L’attività dei laboratori avviene nell’ambito di grandi iniziative internazionali. Oltre a collaborare a Cms e Alice, due dei principali esperimenti della macchina LHC del Cern di Ginevra, i Laboratori sono sede di un nodo della Grid, la rete planetaria di supercalcolo che raccoglie, smista e archivia tutti i dati prodotti da LHC. I Laboratori sono anche impegnati nei due principali progetti di ricerca per la fusione nucleare, Iter e Ifmif. Nell’ambito di quest’ultimo progetto, i LNL assieme alla sezioni INFN di Bologna, Padova e Torino e in collaborazione con industrie nazionali, stanno realizzando un acceleratore del tipo Rfq (quadrupolo a radiofrequenza). Questo acceleratore avrà caratteristiche uniche al mondo per intensità di fascio e sarà utilizzato come sorgente di neutroni nei test dei materiali da impiegare nei futuri reattori a fusione nucleare.

 

 


 

LNGS (Laboratori Nazionali del Gran Sasso)

 

Nome: LNGS (Laboratori Nazionali del Gran Sasso)

Che cos’è: il più grande laboratorio sotterraneo al mondo dedicato allo studio delle astroparticelle

Dove: Assergi, L’Aquila, a 1400 metri di profondità sotto il massiccio del Gran Sasso

Quando: i lavori per la costruzione dei LNGS sono iniziati nel 1982

 

 

INFOGRAFICA

> LNGS

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> Lab Gran Sasso

> I giganti della fisica

 

Il laboratorio in numeri

I LNGS sono dislocati in parte in superficie, dove si trovano gli uffici, e in parte nel sottosuolo, dove sono allestiti gli esperimenti, a cui si accede attraverso il tunnel autostradale del Gran Sasso. La parte sotterranea dei laboratori è costituita da tre grandi sale sperimentali, delle dimensioni di circa 100 m di lunghezza, 20 di larghezza e 18 di altezza ciascuna, e da varie gallerie di servizio, per un volume totale di 180 mila metri cubi. Ai LNGS si svolgono attività di ricerca in fisica astroparticellare. In particolare vengono studiati eventi rari che riguardano particelle che interagiscono pochissimo con la materia: questo è possibile grazie ai 1400 metri di roccia sovrastante che fungono da schermo per la maggior parte delle particelle che arrivano sul nostro pianeta, riducendo di un fattore un milione il “rumore di fondo” rispetto alla superficie della Terra. I LNGS sono un grande centro internazionale di ricerca che attrae cervelli da tutto il mondo. Attualmente sono circa 950 i ricercatori provenienti da 29 Paesi che lavorano ai 15 esperimenti attivi o in via di realizzazione.

 

Ricerche

Due sono i principali filoni di ricerca ai Laboratori del Gran Sasso: i neutrini e la materia oscura.

 

I neutrini

Sono particelle dotate di massa, ma quasi nulla. Sono molto abbondanti ma privi di carica e interagiscono pochissimo con la materia. Studiarli quindi è difficile e ne sappiamo ancora poco. Per esempio, non sappiamo se nel caso del neutrino materia e antimateria coincidano. Per cercare di scoprirlo si studia un evento raro: il doppio decadimento beta senza emissione di neutrini. Se si riuscisse a rivelare questo processo, allora potremmo concludere che il neutrino è una particella di Majorana e in questo caso, come ipotizzato dal grande fisico, neutrino e antineutrino coinciderebbero. Di neutrini poi ne esistono tre tipi: elettronico, muonico, e del tau, associati rispettivamente all’emissione di un elettrone, di un muone e di una particella tau nei decadimenti deboli. I neutrini posso cambiare passando da un tipo a un altro: questo fenomeno, chiamato oscillazione, è studiato ai Laboratori del Gran Sasso.

 

La materia oscura

Viene chiamata così perché non emette né assorbe radiazione, quindi è invisibile ai nostri occhi e ai nostri strumenti. È stimata essere cinque volte più abbondante della materia ordinaria, che costituisce solo il 5% di ciò che compone il nostro universo. Supponiamo che la materia oscura esista per gli effetti gravitazionali che essa esercita su quella ordinaria, come l'aggregazione delle galassie. Ora stiamo cercando la prova diretta della sua esistenza: l’interazione tra materia oscura e materia ordinaria.

 

 


LNS (Laboratori Nazionali del Sud)

 

Nome: Laboratori Nazionali del Sud (LNS)

Che cos’è: un centro che svolge attività di ricerca soprattutto nel campo della fisica nucleare e astroparticellare e promuove anche lo sviluppo e l’applicazione di nuove tecnologie e di attività multidisciplinari.

Dove: Catania

Quando: sono stati istituiti nel 1976

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> LNS

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> Km3net

 

 

Infrastrutture sperimentali

I LNS sono dotati di due acceleratori di ioni: un tandem Van de Graaff e un ciclotrone superconduttore. Gli acceleratori forniscono fasci di ioni stabili in un ampio intervallo di energie. Inoltre mediante le infrastrutture Excyt e Fribs è possibile produrre fasci instabili non presenti in natura e la cui vita media va da 1 secondo fino a centinaia di microsecondi. Le energie con cui sono prodotti questi fasci instabili vanno da pochi MeV fino a centinaia di MeV. I fasci di ioni sono impiegati principalmente per investigare le proprietà della materia nucleare. I principali apparati sperimentali che utilizzano questi fasci di ioni sono Magnex, Chimera e Fribs. Magnex è uno spettrometro magnetico per lo studio della struttura nucleare con fasci sia naturali che radioattivi. Chimera è un rivelatore per misurare e identificare le particelle cariche emesse nelle reazioni nucleari alle energie del ciclotrone superconduttore, anche questo rivelatore può utilizzare i fasci instabili.

 

Ricerche di fisica astroparticellare: Km3net

È un progetto per la costruzione di un rivelatore sottomarino per neutrini di altissima energia. Il dispositivo sarà costituito da torri alte 850 metri, ancorate al fondo marino a 3500 metri di profondità, che occuperanno complessivamente un volume di un chilometro cubo. Ciascuna torre sarà dotata di oltre un centinaio di sensori ottici, che saranno gli “occhi” del rivelatore. I neutrini di alta energia, che provengono dal centro della nostra galassia o dalle profondità del cosmo e che arrivano negli occhi del rivelatore, portano informazioni importanti sulla loro sorgente, e permetteranno di cominciare a indagare fenomeni e processi astrofisici ancora poco conosciuti.

 

Tecnologie nucleari per la cura oncologica: Catana

Ai LNS è attiva dal 2002 la prima sperimentazione italiana di adroterapia, nel centro clinico CATANA (Centro di Adroterapia e Applicazioni Nucleari Avanzate), in collaborazione col Policlinico. Qui vengono curati, con protoni accelerati a 60 MeV dal ciclotrone superconduttore dei Laboratori, pazienti affetti da melanoma oculare. Dall’inizio dell’attività a oggi sono stati trattati oltre 250 pazienti con un successo di oltre il 95%.

 

Tecnologie nucleari per i beni culturali: LANDIS

Ai LNS sono in corso attività di ricerca per lo sviluppo di strumentazione per analisi in situ di manufatti, monumenti e opere d'arte, con tecniche non distruttive. Le ricerche sono condotte dal laboratorio LANDIS dove, tra gli altri, viene utilizzato un sistema X-Pixe (X-ray and Particle Induced X-ray Emission), che consiste in una sorgente radioattiva che emette sia particelle alfa che raggi X. A seguito dell’incidenza di queste radiazioni sul campione da analizzare, si ha l’emissione di raggi X caratteristici degli elementi chimici che compongono il campione in esame la cui identificazione permette, nella maggior parte dei casi, di ottenere la composizione chimica del reperto.

 


LNF (Laboratori Nazionali di Frascati )

 

Nome: Laboratori Nazionali di Frascati (LNF)

Che cos’è: il primo centro di ricerca in fisica nucleare e subnucleare creato in Italia

Dove: Frascati, Roma

Quando: sono stati fondati nel 1955

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> LNF

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I Laboratori in numeri

Ai LNF lavorano 350 persone tra ricercatori, tecnologi, tecnici e amministrativi. Circa 450 sono gli ospiti italiani e stranieri che collaborano alle attività scientifiche.

 

Ricerche

Ai LNF le attività di ricerca riguardano la fisica subnucleare e nucleare, delle macchine acceleratrici, delle onde gravitazionali e della luce di sincrotrone. Qui è stato progettato e costruito Ada, il primo anello di collisione materia-antimateria. L’acceleratore oggi in funzione ai Laboratori è Dafne.

 

Gli esperimenti in corso

Sparc

È un laser a elettroni liberi (Fel), e nasce dalla collaborazione tra INFN, ENEA e CNR. Questo tipo di radiazione per la sua altissima risoluzione può aprire nuove prospettive nello studio delle reazioni chimiche molto veloci e delle modificazioni del dna.

Kloe

È il rivelatore dell’acceleratore Dafne che studia le differenze di comportamento tra materia e antimateria, analizzando i decadimenti di un particolare tipo di particelle, i mesoni K.

Nautilus

È un’antenna risonante e ha come scopo la rivelazione delle onde gravitazionali, che rappresentano il tassello mancante alla verifica sperimentale della teoria della Relatività Generale di Einstein.

Flame

È un laser di altissima potenza, per studi sullo sviluppo di innovative tecniche di accelerazione di particelle, ma anche per applicazioni utili per la società. In associazione a Sparc è l’unico laser in Italia in grado di produrre una sorgente di raggi X così precisa e focalizzata da permettere radiografie a dosaggi ridotti di radiazione per il paziente.

 

 


CNGS (Cern Neutrinos to Gran Sasso)

 

Nome: Cngs (Cern Neutrinos to Gran Sasso)
Che cos’è: progetto CERN-INFN per la creazione di un fascio di neutrini direzionato verso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS)
Dove: CERN-LNGS
Quando: in funzione dal 2006

INFOGRAFICA

> CNGS esperimento

> CNGS metamorfosi

> CNGS oscillazione

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> Lab Gran Sasso

> Dal Cern al Gran sasso

 

 

 

L’esperimento

Al CERN di Ginevra vengono creati neutrini muonici che, originati dal complesso di acceleratori che alimentano anche un anello del Large Hadron Collider, sono “sparati” verso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso. I neutrini attraversano il sottosuolo in linea retta quasi alla velocità della luce fino al Gran Sasso percorrendo 732 km e giungono a destinazione dopo 2,4 millisecondi. Ad attenderli ai LNGS ci sono gli esperimenti Opera e Icarus che fotografano e registrano i prodotti dell’interazione dei neutrini con i nuclei di cui sono composti i rivelatori.

 

Come funziona

L’acceleratore Lhc è composto da più anelli minori che servono per  accelerare le particelle che andranno poi a scontrarsi in corrispondenza degli esperimenti. I neutrini inviati ai LNGS vengono creati da uno di questi anelli, l’Sps, dove i protoni sono accelerati e poi estratti dall’anello e fatti scontrare contro un bersaglio di grafite. I neutrini muonici così prodotti sono direzionati in modo da raggiungere il Gran Sasso e, viaggiando praticamente alla velocità della luce, lo raggiungono dopo 2,4 millisecondi.

 

Obiettivi scientifici

Il progetto Cngs ha l’obiettivo di osservare, con Opera e Icarus, per  la prima volta e in modo diretto, l’oscillazione del neutrino. Ciò consentirà di ricavare informazioni preziose sulla massa e sulle proprietà fisiche di questa particella. I neutrini sono di tre tipi: elettronico, muonico e tau. Nel Sole, per esempio, vengono prodotti neutrini elettronici. Sulla Terra però, arriva un numero inferiore di neutrini di questo tipo, rispetto a quanto previsto dalla teoria. Ciò indica che i neutrini si trasformano. I neutrini sparati dal Cern sono di tipo muonico. Gli esperimenti Opera e Icarus che ricevono queste particelle,  hanno l’obiettivo di verificare se, nel tragitto percorso, alcuni neutrini si siano trasformati. Nel maggio 2010 Opera ha fotografato una particella tau, segno del passaggio di un neutrino tau, in accordo con l’ipotesi di oscillazione dei neutrini di tipo muonico al tipo tauonico.