È stato firmato l’accordo tra Stati Uniti e Italia per lo Short Baseline Neutrino (SBN), che sarà il progetto americano di punta per la ricerca sui neutrini.
Servirà in particolare a verificare l’esistenza di un nuovo neutrino mai osservato prima: il neutrino sterile che, se scoperto, potrebbe aprire le porte alla Nuova Fisica oltre il Modello Standard delle particelle elementari, perché la nostra attuale teoria non lo prevede.
Lo Short Baseline Neutrino sarà realizzato al Fermilab di Chicago, e sarà un’infrastruttura complessa che prevede l’impiego di un fascio artificiale di neutrini e l’attività integrata di tre rivelatori d’avanguardia. Uno di questi rivelatori, ICARUS, basato sulla tecnologia ad argon liquido (LAr-TPC), arriva dai Laboratori INFN del Gran Sasso, dove ha operato, sotto la guida del Premio Nobel Carlo Rubbia, dal 2010 al 2014, utilizzando il fascio di neutrini proveniente dal CERN.
“Il primo esperimento di fisica con 700 tonnellate di argon liquido ultrapuro è stato completato da ICARUS nei Laboratori INFN del Gran Sasso, – spiega il Premio Nobel Carlo Rubbia – ora al Fermilab, ICARUS sarà il più grande di tre rivelatori LAr-TPC per cercare con un’accuratezza senza precedenti eventi non previsti dalla nostra teoria standard: questo rappresenta un importante passo avanti nella ricerca di nuovi fenomeni”, conclude Rubbia.
“Dopo una lunga e produttiva vita scientifica ai Laboratori INFN del Gran Sasso, – commenta Fernando Ferroni, presidente dell’INFN – il rilevatore ICARUS, rinnovato al CERN, sta per iniziare una nuova avventura al Fermilab, un laboratorio dove esiste una lunga tradizione di collaborazione con l’INFN”. “Sotto la guida del premio Nobel Carlo Rubbia, il nostro rivelatore ICARUS darà ora il suo contributo a una nuova e ambiziosa sfida della fisica delle particelle: verificare l’esistenza di neutrini sterili, la cui scoperta rappresenterebbe una rivoluzione per questo campo di ricerca”, conclude Ferroni.
“L’Italia è un partner molto importante per il Fermilab e il dipartimento per l’avanzamento della ricerca scientifica“, ha commentato Rick Perry, Segretario del Dipartimento dell’ Energia. “La loro expertise nello sviluppo di tecnologie, essenziale per i progetti SBN e DUNE, ne fa, infatti, un partner-chiave nell’impegno globale per risolvere il misterioso comportamento dei neutrini“, conclude Perry.
L’accordo per il progetto SBN è stato sottoscritto il 28 giugno, a Washington, DC, tra il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) e l’Ambasciata italiana, per conto del Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca (MIUR). La collaborazione per SBN siglata tra Stati Uniti e Italia si inserisce nel contesto dell’accordo quadro per la ricerca in fisica dei neutrini che i due Paesi hanno firmato il 17 luglio 2015. “La cooperazione scientifica fra Italia e Stati Uniti è da lungo tempo un driver principale nel forgiare questa straordinaria relazione fra i due Paesi – sottolinea Stefano Lami, addetto scientifico dell’Ambasciata d’Italia a Washington – e in particolare il settore della fisica, grazie agli importanti accordi recentemente realizzati, continuerà ad alimentarla ancora per molti altri anni a venire”.
Il progetto SBN, avviato nel 2015, permetterà di realizzare misure che serviranno non solo a descrivere e indagare le proprietà dei neutrini con grandissima precisione, ma anche a cercare di identificare nuove particelle come i neutrini sterili. Precedenti esperimenti al Los Alamos National Laboratory e al Fermilab hanno, infatti, trovato prove di interazioni che coinvolgono i neutrini e che non si riescono a spiegare nel quadro della nostra attuale teoria. La spiegazione di questi fenomeni potrebbe dunque risiedere nell’esistenza di un nuovo tipo di neutrino, con proprietà diverse dai tre tipi conosciuti (elettronici, muonici e del tau), o in qualche altro fenomeno sconosciuto.
“Insieme alle competenze dei fisici dei neutrini provenienti da tutto il mondo, i tre rivelatori del programma SBN contribuiranno a trovare una risposta alle anomalie osservate in precedenti esperimenti, – spiega Nigel Lockyer, direttore del Fermilab – questo progetto fornirà, infatti, le misure migliori per comprendere le interazioni tra neutrini”.
Lo Short Baseline Neutrino prevede l’utilizzo, lungo la linea di fascio di neutrini (Booster Neutrino Beamline) del Fermilab, di tre rivelatori distribuiti su una distanza di 600 metri. Lo Short Baseline Near Detector, situato a 110 metri dalla sorgente, fornirà una misura della composizione iniziale del fascio di neutrini, che a questa distanza dovrebbe includere quasi esclusivamente neutrini muonici. MicroBooNE, un rivelatore delle dimensioni di uno scuolabus, situato a 470 metri dalla sorgente di neutrini, cercherà il primo segno della trasformazione dei neutrini muonici in neutrini elettronici. Infine, ICARUS, che dopo aver lasciato i Laboratori del Gran Sasso, è stato aggiornato e potenziato al CERN, per poi giungere a destinazione al Fermilab. ICARUS è il più grande dei tre rivelatori, sarà collocato a 600 metri dalla sorgente di neutrini, ed eseguirà misure di alta precisione della composizione del fascio per verificare eventuali interazioni di neutrini non noti. Grazie all’utilizzo integrato di tre rivelatori, posti a distanze diverse dalla sorgente dei neutrini ma basati sulla stessa tecnologia ad argon liquido, i ricercatori confidano di poter finalmente distinguere se, quanto in precedenza osservato, sia il prodotto di interazioni già note, oppure sia dovuto a trasformazioni tra tipi di neutrini che coinvolgono anche i neutrini sterili.
Le conoscenze che saranno acquisite col progetto SBN e i suoi tre esperimenti ad argon liquido saranno fondamentali per lo sviluppo dell’esperimento DUNE, che sarà realizzato 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 40mila tonnellate ospitato allo Sanford Underground Research Lab, nel South Dakota.
“La tecnologia LAr-TPC è stata introdotta dal team di ICARUS all’INFN di Pavia più di venti anni fa, – commenta Carlo Rubbia – è emozionante vedere ora che la stessa tecnologia sarà ulteriormente sviluppata dall’enorme rilevatore DUNE da 40mila tonnellate, con la partecipazione di oltre 1000 scienziati da tutto il mondo”.
Circa 250 scienziati provenienti da più di 50 istituzioni in Brasile, Italia, Svizzera, Turchia, Regno Unito e Stati Uniti lavorano al progetto internazionale Short Baseline Neutrino al Fermilab, finanziato dal CERN, dal DOE e dalla National Science Foundation (NSF) per gli Stati Uniti, dall’INFN per l’Italia, da STFC per il Regno Unito, dallo svizzero NSF e dal brasiliano FAPESP.
