L’esperimento italiano, il più grande del mondo nel suo genere, diventerà parte integrante del futuro della ricerca sui neutrini al Fermilab di Chicago.

Un viaggio transoceanico è nei prossimi programmi dell’esperimento ICARUS: il più grande rivelatore di neutrini ad Argon liquido del mondo sarà, infatti, trasportato negli Stati Uniti, attraverso l’Oceano Atlantico, sotto la supervisione di un team di scienziati guidati dal premio Nobel Carlo Rubbia. Dopo essere stato operativo dal 2010 al 2014 nei Laboratori sotterranei del Gran Sasso dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), ICARUS troverà così nuova dimora al Fermi National Accelerator Laboratory di Chicago.

Tra il 2010 e il 2014, il rivelatore, con le sue 760 tonnellate di massa e i 20 metri di lunghezza, è stato utilizzato per raccogliere dati nell'ambito dell'esperimento ICARUS (http://icarus.lngs.infn.it) nei Laboratori del Gran Sasso dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN),osservando un fascio di neutrini inviati dal CERN attraverso la crosta terrestre.Il rivelatore in questo momento è in fase di manutenzione e collaudo al CERN, dove è stato trasferito con un trasporto eccezionale lo scorso dicembre.

Al suo arrivo nel Fermilab, il rivelatore sarà integrato in una serie di tre esperimenti in loco, dedicati allo studio dei neutrini, particelle evanescenti che pervadono lo spazio, ma che hanno rivelato ai fisici ancora poco dei loro segreti. Tutti e tre i rivelatori saranno riempiti con Argon liquido, che consentirà di utilizzare una tecnologia estremamente sofisticata, per catturare immagini tridimensionali, attraverso piani di sottilissimi fili, delle tracce lasciate dalle particelle cariche prodotte dall’interazione dei neutrini. Ognuno dei rivelatori fornirà risultati differenti ma complementari, fondamentali per la caccia a un possibile quarto tipo di neutrino, oltre ai tre già noti.

"La camera a proiezione temporale ad Argon liquido è una nuova tecnologia molto promettente che abbiamo originariamente sviluppato con la collaborazione ICARUS, iniziando da un esperimento da tavolo, fino ad arrivare all'enorme cacciatore di neutrini" ha dichiarato Rubbia. "Ci aspettiamo che diventi la tecnologia leader nei grandi rivelatori ad Argon liquido grazie alla sua abilità nel registrare con precisione millimetrica le tracce ionizzanti."

"ICARUS T600 è l'unico rivelatore al mondo con più di 600 tonnellate di Argon che sia stato in grado di funzionare con successo" Ha detto Antonio Masiero, vicepresidente dell'INFN: "ICARUS usa una tecnica ad alta precisione e innovativa per individuare i neutrini prodotti artificialmente in un acceleratore. Questa tecnica, sviluppata dall'INFN e utilizzata inizialmente per il funzionamento dell'esperimento ICARUS nei Laboratori del Gran Sasso dell’INFN, contribuirà in modo sostanziale alla ricerca sui neutrini nella nuova struttura sperimentale del Fermilab." Al Fermilab sono in funzione al momento due fasci di neutrini ad elevata potenza e se ne sta sviluppando un terzo per consentire di realizzare le condizioni ottimali in cui ICARUS possa continuare la sua ricerca. Gli scienziati prevedono di trasferire il rivelatore negli Stati Uniti nell'arco del 2017. Il progetto della serie di tre rivelatori ad Argon liquido consentirà di acquisire nuove conoscenze sui tre tipi di neutrini noti e, seguendo gli indizi di esperimenti svolti negli ultimi venti anni, di continuare la ricerca di un quarto tipo di neutrino, attualmente sconosciuto. Molte teorie nella fisica delle particelle, infatti, ipotizzano l'esistenza di un cosiddetto neutrino "sterile", con un comportamento diverso dai tre tipi di neutrini noti, e che, se esistesse, potrebbe aiutarci nella comprensione della misteriosa materia oscura che forma ben il 25% dell'universo. La scoperta di un quarto tipo di neutrino rivoluzionerebbe la fisica cambiando l'intera concezione scientifica dell'universo e del suo funzionamento.

"L'arrivo di ICARUS e la realizzazione di questo programma di ricerca in loco è già un enorme risultato per noi" ha detto Nigel Lockyer, direttore del Fermilab. "Esso rappresenta inoltre un ulteriore passo del Fermilab nella progettazione di strutture di ricerca di neutrini dal carattere realmente internazionale grazie alla cooperazione con i nostri partner mondiali. La ricerca sui neutrini è destinata a brillare negli Stati Uniti"

La collaborazione globale per lo studio dei neutrini

La serie di esperimenti proposti dal Fermilab include un nuovo rivelatore di neutrini "short baseline" (SBND) da 260 tonnellate collocato vicino alla sorgente del fascio di particelle. Questo rivelatore è attualmente in costruzione grazie alla collaborazione di un team di ingegneri e scienziati di università e laboratori nazionali statunitensi ed europei. Il fascio di neutrini incontrerà quindi il rivelatore già pronto MicroBooNE da 170 tonnellate (http://www-microboone.fnal.gov) che comincerà a funzionare già il prossimo anno. L'ultimo pezzo è proprio il rivelatore ICARUS che sarà collocato in un edificio di nuova costruzione. I fabbricati che ospiteranno ICARUS e SBND saranno iniziati verso la fine di questo anno e i tre esperimenti saranno completamente operativi nel 2018. I tre progetti di collaborazione coinvolgono scienziati di 45 istituzioni distribuite in sei paesi.

Il trasferimento del rivelatore ICARUS è un eccellente esempio di cooperazione tra paesi (e tra tre collaborazioni scientifiche internazionali) al fine di ottenere un obiettivo di fisica di portata globale. La strategia europea della fisica delle particelle, adottata dal Consiglio del CERN, prevede per la ricerca sperimentale sui neutrini un ruolo attivo dell'Europa anche in altre parti del mondo, piuttosto che il suo svolgimento al CERN.

La comunità di fisici delle particelle statunitense ha adottato il progetto denominato P5 (Particle Physics Project Prioritization Panel) che auspica presso il Fermilab la costruzione di strutture sperimentali per la ricerca sui neutrini a lunga distanza, di livello mondiale, operate mediante una collaborazione internazionale. Ci si aspetta che il Fermilab, il CERN, l'INFN e molte altre istituzioni internazionali formeranno a questo scopo una rete di partner.

Le conoscenze acquisite operando il set costituito dai tre esperimenti ad Argon liquido saranno fondamentali per lo sviluppo dell'esperimento DUNE che sarà effettuato nella struttura sperimentale a lunga distanza progettata dal Fermilab. DUNE rappresenterà il più grande esperimento sull'oscillazione dei neutrini mai costruito, invierà particelle a 800 miglia dal Fermilab verso un rivelatore ad Argon liquido da 40 000 tonnellate ospitato nel Sanford Underground Research Lab in South Dakota. (http://www.symmetrymagazine.org/article/march-2015/the-dawn-of-dune.)

"Il viaggio di ICARUS dall'Italia agli Stati Uniti rappresenta un eccellente esempio di pianificazione globale in fisica delle particelle" Ha dichiarato Rolf Heuer, direttore generale del CERN: "La partecipazione degli Stati Uniti in LHC e quella europea al programma sullo studio dei neutrini del Fermilab sono parte integrante delle strategie sia dell’ Europa che degli Stati Uniti. Sono lieto che il CERN abbia contribuito a far uscire DUNE dal sottosuolo grazie al trasporto di ICARUS."

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