Laboratori Nazionali del Sud

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KM3NeT

KM3NeT

KM3NeT è una grande infrastruttura di ricerca costituita da un network di telescopi sottomarini per neutrini. Quando sarà completato KM3NeT avrà un volume di alcuni kilometri cubi realizzati instrumentando l’acqua delle profondità marine. Dagli abissi del Mar Mediterraneo, KM3NeT ci permetterà di aprire una nuova finestra sull’Universo, studiando i neutrini provenienti da sorgenti astrofisiche come le supernovae, i gamma ray burst o i nuclei galattici attivi. Uno dei rivelatori di KM3NeT sarà anche dedicato allo studio della gerarchia di massa dei neutrini analizzando le piccole differenze indotte dalla materia sull’oscillazione dei neutrini atmosferici. Grazie alla sua posizione nell’emisfero nord, KM3NeT garantirà una copertura del cielo complementare a quella di IceCube, permettendo l’osservazione del,centro galattico e della regione del piano galattico.

Il telescopio per neutrini sarà realizzato con una matrice tridimensionale di sensori ottici. Con questi sensori è possibile rivelare la debole luce che viene emessa dalle particelle prodotte quando i neutrini interagiscono con i protoni o I neutroni presenti nell’acqua.
L’infrastruttura ospiterà anche strumenti dedicati alla geofisica, all’oceanografia e alle scienze del mare che consentiranno un monitoraggio permanente e in tempo reale dell’ambiente sottomarino.

L’unità base del telescopio per neutrini è un sensore di luce chiamato Digital Optical Module (DOM) (Modulo Ottico Digitale). Il DOM è costituito da una sfera di vetro trasparente di 43 cm di diametro contenente al suo interno 31 fotomoltiplicatori. Questa sfera, che è in grado di resistere alle enormi pressioni degli abissi marini, alloggia all’interno anche l’elettronica necessaria alla digitalizzazione dei segnali e alla trasmissione dei dati verso terra. Diciotto DOM sono sospesi a una coppia di funi per formare una stringa, denominatata Detection Unit (DU). Nella sua posizione operativa la DU è ancorata al fondale marino e tenuta in posizione verticale per mezzo di una boa posta in cima. Sul fondale marino una rete di cavi elettro ottici e di junction box a cui le stringhe sono connesse permette sia la distribuzione delle potenza elettrica alle stringhe sia la trasmissione dei dati verso terra.

KM3NeT sarà un’infrastruttura distribuita con due nodi: il primo in Italia, 80 km a Sud Est di Capo Passero ad una profondità di 3500 m, e il secondo in Francia , 40 km a Sud di Tolone ad una profondità di 2500 m.
Il nodo italiano, che sarà dedicato all’astronomia con neutrini di alta energia, è denominato ARCA (Astroparticle Research with Cosmics in the Abyss). Le detection unit di ARCA saranno alte circa 700 m con una spaziatura verticale tra i DOM di 36 m. ARCA comprenderà due “blocchi” ciascuno con 115 DU separate l’una dall’altra da circa 100 m, raggiugendo in questo modo un volume di circa 1 kilometro cubo.
Il nodo francese ospiterà un rivelatore più compatto (ORCA, Oscillation Research with Cosmics in the Abyss), dedicato allo studio della gerarchia di massa dei neutrini. Le stringhe di ORCA saranno più basse con una distanza tra DOM di 9 m. Anche l’organizzazione sul fondale sarà più compatta, con una separazione tra stringhe di circa 20 m, per ottimizzare il telescopio alla rivelazione di neutrini di più bassa energia.

Dopo un processo di prototipazione e validazione KM3NeT è ora entrato nella fase costruttiva. Il primo stadio, la fase-1, sarà la costruzione di un rivelatore di 24 stringhe a cui si aggiungeranno otto strutture a torre del tipo progettato dalla collaborazione italiana NEMO. Con un volume di circa 0.1 km3 questo rivelatore sarà già il più grande dell’emisfero boreale. La successiva fase (KM3NeT 2.0) prevede l’espansione fino a un volume di circa 1 km3.

La collaborazione europea KM3NeT è formata da più di 250 ricercatori da 40 istituti di 11 nazioni europee. L’INFN è coinvolto con dieci tra sezioni e laboratori, tra cui i LNS.
KM3NeT è stato riconosciuto dall’European Strategy Forum for Research Infrastructures (ESFRI) come una delle infrastrutture di ricerca di rilevanza pan-europea ed è incluso nella roadmap dell’ESFRI dal 2006.

Gli LNS sono il laboratorio di riferimento per il nodo KM3NeT-ARCA. Gestiscono la stazione di terra, situata a Portopalo di Capo Passero, in cui sono alloggiati il sistema di potenza, il sistema di acquisizione dati e quello di controllo dell’apparato. Questa stazione è connessa con la sede dei LNS per mezzo di un link in fibra ottica ad alta velocità.

Maggiori dettagli sono disponibili sul sito web della collaborazione KM3NeT.

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