Fisica: primo test negli abissi per telescopio sottomarino
(Fonte Adnkronos 28/10/07 – Infin 15/01/07)
(Fonte Adnkronos 28/10/07 – Infin 15/01/07)
Roma, 15 gen. (Adnkronos) - Si è svolta secondo i piani e si e' conclusa così con successo l'operazione marina durata dal 9 al 18 dicembre scorsi durante la quale è stata completata l'installazione dell'apparato Nemo Fase-1 a 2100 m di profondità, al largo di Catania, nel test site sottomarino dei Laboratori Nazionali del Sud (Lns) dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn). Il progetto, cofinanziato dal Miur, consiste in un prototipo dei principali componenti che costituiranno Nemo, il futuro telescopio sottomarino per neutrini che avrà le dimensioni di un chilometro cubo e che sarà collocato, nella sua sede definitiva, a 3500 m di profondità, nel mare al largo di Capo Passero in Sicilia.
''Nemo Fase-1 rappresenta quindi - spiega l'Infn - un primo passo verso la realizzazione del rivelatore di neutrini abissale e ha lo scopo di verificarne le tecnologie d'avanguardia sviluppate dalla collaborazione Nemo''. Nemo Fase-1 è un apparato collegato a un cavo elettro-ottico (già installato nel test site), il quale consente di fornire alimentazione elettrica alla strumentazione sottomarina e di trasmettere i dati su fibra ottica alla stazione di terra che si trova nel porto di Catania.
''Esso è costituito - sottolinea - l'Ente di ricerca - da una junction box, che è il nodo che permette di distribuire la potenza e i canali per i dati verso più utenze, e da una struttura a torre, sulla quale sono montati i sensori ottici necessari a rivelare le tracce delle particelle cosmiche; ma anche tutti i sensori per la caratterizzazione completa dell'ambiente sottomarino in cui il rivelatore è installato''.
''Inoltre, - aggiunge - un insieme di trasmettitori e ricevitori acustici consente di conoscere istante per istante con una precisione dell'ordine dei 10 cm la posizione di ogni elemento della torre''.
Le operazioni di collocamento dell'apparecchiatura sul fondo marino, eseguite grazie alla nave Teliri dai tecnici specializzati dell'Elettra Tlc e dal personale dell'Infn, si sono svolte con successo, installando e collegando dapprima la junction box e poi la torre. ''Per le connessioni - dice ancora l'Infn - è stato utilizzato un robot sottomarino, pilotato dalla superficie, in grado di operare alla profondità di 2000 m. L'operazione di installazione si è conclusa innalzando la torre, di 250 metri di altezza, fino al raggiungimento della sua posizione operativa''.
Il sistema è stato quindi alimentato: esso ha cominciato subito a trasmettere dati ai ricercatori a terra, confermando il buon risultato dell'operazione che si è svolta così secondo le più ottimistiche previsioni. Mas perchè è così cruciale rivelare i neutrini dal fondo del mare con un dispositivo delle dimensioni di un chilometro cubo?
''La peculiarità dei neutrini - spiega l'Infn - sta nella probabilità estremamente bassa di interagire con la materia: questa caratteristica consente loro di non essere assorbiti dalla radiazione di fondo e di attraversare imperturbati regioni che sono opache alla radiazione elettromagnetica, come l'interno delle sorgenti astrofisiche. Inoltre, essendo particelle neutre, non subiscono deflessioni causate dai campi magnetici galattici e intergalattici che impedirebbero di risalire alla direzione di provenienza''.
Secondo i fisici, il prezzo da pagare per osservare queste particelle così sfuggenti è la necessità di realizzare rivelatori di dimensioni enormi: le stime teoriche indicano che un telescopio per neutrini di alta energia debba avere un volume di almeno un chilometro cubo. Inoltre, per schermarsi dalla pioggia di radiazione cosmica che bersaglia la Terra, questi rivelatori devono essere installati in luoghi fortemente schermati.
''E' però evidente - interviene ancora l'Infn - che dispositivi di queste dimensioni non possono essere collocati in laboratori sotterranei. Una possibile soluzione, allora, è quella di utilizzare grandi volumi di un mezzo naturale, dotandolo di opportuni strumenti. In un mezzo trasparente, come l'acqua delle profondità marine o i ghiacci polari, è possibile rivelare la radiazione luminosa prodotta per effetto Cherenkov dalle particelle secondarie (muoni), che i neutrini generano interagendo con la materia''.
''Una griglia di alcune migliaia di sensori ottici disposti in un volume di circa un chilometro cubo - afferma l'Infn - e' in grado di rivelare la debole luce prodotta permettendo di ricostruire la traccia del muone. Poiché quest'ultimo ha una direzione sostanzialmente uguale a quella del neutrino che l'ha prodotto, la sua rivelazione permette di risalire anche alla direzione del neutrino e di conseguenza all'osservazione della sua sorgente''. E non solo.
''Inoltre, se poniamo il rivelatore nelle profondità marine,o dei ghiacci polari, - conclude l'Infn - la materia sovrastante funge anche da schermo contro il fondo di particelle cosmiche, che in superficie ''accecherebbe'' il rivelatore. L'acqua, o il ghiaccio, assolve, così, a un triplice compito: schermo protettivo dai raggi cosmici, bersaglio per l'interazione di neutrini e mezzo trasparente attraverso il quale si propaga la luce Cherenkov''.
''Nemo Fase-1 rappresenta quindi - spiega l'Infn - un primo passo verso la realizzazione del rivelatore di neutrini abissale e ha lo scopo di verificarne le tecnologie d'avanguardia sviluppate dalla collaborazione Nemo''. Nemo Fase-1 è un apparato collegato a un cavo elettro-ottico (già installato nel test site), il quale consente di fornire alimentazione elettrica alla strumentazione sottomarina e di trasmettere i dati su fibra ottica alla stazione di terra che si trova nel porto di Catania.
''Esso è costituito - sottolinea - l'Ente di ricerca - da una junction box, che è il nodo che permette di distribuire la potenza e i canali per i dati verso più utenze, e da una struttura a torre, sulla quale sono montati i sensori ottici necessari a rivelare le tracce delle particelle cosmiche; ma anche tutti i sensori per la caratterizzazione completa dell'ambiente sottomarino in cui il rivelatore è installato''.
''Inoltre, - aggiunge - un insieme di trasmettitori e ricevitori acustici consente di conoscere istante per istante con una precisione dell'ordine dei 10 cm la posizione di ogni elemento della torre''.
Le operazioni di collocamento dell'apparecchiatura sul fondo marino, eseguite grazie alla nave Teliri dai tecnici specializzati dell'Elettra Tlc e dal personale dell'Infn, si sono svolte con successo, installando e collegando dapprima la junction box e poi la torre. ''Per le connessioni - dice ancora l'Infn - è stato utilizzato un robot sottomarino, pilotato dalla superficie, in grado di operare alla profondità di 2000 m. L'operazione di installazione si è conclusa innalzando la torre, di 250 metri di altezza, fino al raggiungimento della sua posizione operativa''.
Il sistema è stato quindi alimentato: esso ha cominciato subito a trasmettere dati ai ricercatori a terra, confermando il buon risultato dell'operazione che si è svolta così secondo le più ottimistiche previsioni. Mas perchè è così cruciale rivelare i neutrini dal fondo del mare con un dispositivo delle dimensioni di un chilometro cubo?
''La peculiarità dei neutrini - spiega l'Infn - sta nella probabilità estremamente bassa di interagire con la materia: questa caratteristica consente loro di non essere assorbiti dalla radiazione di fondo e di attraversare imperturbati regioni che sono opache alla radiazione elettromagnetica, come l'interno delle sorgenti astrofisiche. Inoltre, essendo particelle neutre, non subiscono deflessioni causate dai campi magnetici galattici e intergalattici che impedirebbero di risalire alla direzione di provenienza''.
Secondo i fisici, il prezzo da pagare per osservare queste particelle così sfuggenti è la necessità di realizzare rivelatori di dimensioni enormi: le stime teoriche indicano che un telescopio per neutrini di alta energia debba avere un volume di almeno un chilometro cubo. Inoltre, per schermarsi dalla pioggia di radiazione cosmica che bersaglia la Terra, questi rivelatori devono essere installati in luoghi fortemente schermati.
''E' però evidente - interviene ancora l'Infn - che dispositivi di queste dimensioni non possono essere collocati in laboratori sotterranei. Una possibile soluzione, allora, è quella di utilizzare grandi volumi di un mezzo naturale, dotandolo di opportuni strumenti. In un mezzo trasparente, come l'acqua delle profondità marine o i ghiacci polari, è possibile rivelare la radiazione luminosa prodotta per effetto Cherenkov dalle particelle secondarie (muoni), che i neutrini generano interagendo con la materia''.
''Una griglia di alcune migliaia di sensori ottici disposti in un volume di circa un chilometro cubo - afferma l'Infn - e' in grado di rivelare la debole luce prodotta permettendo di ricostruire la traccia del muone. Poiché quest'ultimo ha una direzione sostanzialmente uguale a quella del neutrino che l'ha prodotto, la sua rivelazione permette di risalire anche alla direzione del neutrino e di conseguenza all'osservazione della sua sorgente''. E non solo.
''Inoltre, se poniamo il rivelatore nelle profondità marine,o dei ghiacci polari, - conclude l'Infn - la materia sovrastante funge anche da schermo contro il fondo di particelle cosmiche, che in superficie ''accecherebbe'' il rivelatore. L'acqua, o il ghiaccio, assolve, così, a un triplice compito: schermo protettivo dai raggi cosmici, bersaglio per l'interazione di neutrini e mezzo trasparente attraverso il quale si propaga la luce Cherenkov''.
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