Introduzione al progetto SOX: Short distance neutrino

Introduzione al progetto SOX
SOX-Ce-LNGS-Introduzione.pdf
!
!
Introduzione al progetto SOX:
Short distance neutrino Oscillations with BoreXino
!
!
5 giugno 2014
Ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso è in funzione dal 2007 il rivelatore Borexino, un
sensibilissimo strumento per lo studio dei neutrini emessi dal Sole e degli anti-neutrini emessi dal nostro
pianeta, i cosiddetti geo-neutrini. Borexino è il miglior strumento oggi esistente e ha ottenuto risultati
scientifici di primissimo piano, riconosciuti in tutto il mondo.
!
Foto di Borexino
L’apparato di Borexino è stato costruito
da una collaborazione internazionale di più
di 100 scienziati e composta da 17 istituti di
ricerca e università da vari paesi: Stati Uniti
(Princeton University, Virginia Tech, University
of Houston, University of Massachussetts),
Germania (TUM-Monaco, MPI-Heidelberg,
Tuebingen, Mainz, Amburgo, Dresda), Francia
(APC Parigi, CEA Saclay), Russia (Kurchatov
Institute Mosca, JINR Dubna, S. Pietroburgo),
Polonia (Cracovia), Ungheria (Budapest), oltre
a una forte collaborazione italiana finanziata
dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN)
e sostenuta dai Laboratori Nazionali del Gran
Sasso, e dalle Università di Ferrara, Genova,
Milano e Perugia.
Recentemente, il panorama scientifico internazionale ha fornito alcune indicazioni che potrebbero
dimostrare che in natura esistono delle particelle aggiuntive, oltre a quelle note, dette neutrini sterili. Se
esistessero, spiegherebbero alcuni effetti misurati da esperimenti effettuati a Los Alamos, ai Laboratori del
Gran Sasso, in Russia e in molti esperimenti realizzati nel mondo studiando il flusso di neutrini emessi da
reattori nucleare. Inoltre, potrebbero contribuire a chiarire il mistero della materia oscura nell’Universo.
!
Il progetto SOX prevede di utilizzare due innovativi generatori di neutrini e di anti-neutrini
e di porli a breve distanza dal rivelatore di Borexino. Grazie alla sensibilità e alle dimensioni di Borexino, con
i generatori si potranno effettuare una serie di esperimenti unici e fondamentali per lo studio delle proprietà
del neutrino e del nostro universo. Il neutrino è infatti la più misteriosa delle particelle conosciute e il suo
ruolo nell’origine e nell’evoluzione del cosmo è ancora tutto da scoprire. In particolare, utilizzando i due
generatori a pochi metri di distanza dal rivelatore, sarà possibile approfondire lo studio del fenomeno delle
oscillazioni di neutrini e verificare o meno l’esistenza dei neutrini sterili, ancor più difficili da rivelare di quelli
già conosciuti.
!
La collaborazione SOX ha un profilo marcatamente internazionale, e il progetto è finanziato dalla
comunità europea, dall’INFN, dalla Francia, dagli Stati Uniti e dalla Germania. Si tratta senza dubbio di uno
dei più interessanti progetti scientifici oggi in preparazione nel mondo nel settore della fisica del neutrino e
della fisica fondamentale.
I generatori saranno costruiti in parte negli USA e in parte in Russia, e saranno assemblati, verificati,
certificati e calibrati da una filiera industriale italiana in cui sono coinvolte l’ENEA, la Nucleco e la
SOGIN, aziende italiane specializzate del settore, oltre ad alcune aziende straniere come l’AREVA francese,
gli Oak Ridge National Laboratory e i Pacific Northwest National Laboratory negli USA, coadiuvate
Introduzione al progetto SOX
SOX-Ce-LNGS-Introduzione.pdf
naturalmente dal personale dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, dei Laboratori Nazionali del Gran
Sasso e di tutte le istituzione scientifiche coinvolte.
!
Il progetto SOX prevede di usare prima un generatore di anti-neutrini, basato su Cerio-144, e
successivamente un generatore di neutrini, basato su Cromo-51. I generatori saranno realizzati con
tecnologie innovative e con una particolarissima attenzione alla sicurezza delle persone, delle cose e
dell’ambiente. Le schermatura adottate saranno dimensionate in modo da poter utilizzare gli strumenti senza
che nessuno, inclusi tutti gli operatori che lavoreranno al trasporto, all’installazione e all’uso dei generatori,
sia esposto a dosi superiori al normale fondo naturale presente all’interno dei laboratori sotterranei.
!
Il generatore di anti-neutrini di Cerio-144 sarà realizzato in Russia dalla ditta PA-Mayak del gruppo
Rosatom (http://www.rosatom.ru/en/about/enterprises/), il principale produttori di isotopi del mondo
e che da solo produce circa il 50% della tecnologia russa del settore. Il generatore sarà realizzato interamente
in Russia, acquistato dai nostri collaboratori di CEA-Saclay (Francia) e trasportato in Italia attraverso la
Francia, che sarà responsabile sia del trasporto in Italia (in collaborazione con l’INFN) sia dello smaltimento
successivo in Francia oppure in Russia. Il generatore di anti-neutrini sarà utilizzato in prossimità del
rivelatore di Borexino per 18 mesi, tempo di durata della misura di fisica. Una schermatura in Tungsteno di
19 cm di spessori garantirà l’assoluta sicurezza del dispositivo.
!
INFN, SOGIN e Nucleco collaboreranno alle attività relative alla costruzione del generatore di
neutrini che è realizzato con circa 36 kg di Cromo attivato in un reattore e arricchito al 37% nell’isotopo
Cromo-50. Il materiale, una volta attivato, è una potente sorgente di neutrini quasi-monocromatici. Il Cromo
arriverà attivato in Italia in appositi contenitori di trasporto e sarà inserito nella schermatura di Tungsteno in
una struttura idonea con il coinvolgimento del personale, delle strutture e delle competenze SOGIN e con la
collaborazione con la Nucleco.
Una volta assemblato il generatore di neutrini sarà trasportato al Gran Sasso e ivi utilizzato per circa
tre mesi. L’intera operazione di irraggiamento, assemblaggio e misura potrebbe essere realizzata fino ad un
massimo di due volte. Dopo il completamento del programma scientifico di SOX, la Nucleco si occuperà
anche dello stoccaggio definitivo del materiale attivo. Anche su questa fase la collaborazione con SOGIN
potrebbe essere di grande rilevanza per l’INFN.
!
Questa domanda di nulla osta all’uso dei generatori al Gran Sasso è limitata al
generatore di Cerio-144, il primo che sarà usato in ordine cronologico. Una domanda analoga
sarà avanzata in futuro per il generatore di neutrini.
!
I documenti allegati sono dettagliati nel documento SOX-Ce-LNGS-00A-v1.pdf e sono tutti relativi
all’uso del generatore di anti-neutrini di Cerio-144

Download Report