KM3NeT è una grande infrastruttura di ricerca, in fase di costruzione nel Mar Mediterraneo, distribuita su due siti: 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. L'infrastruttura ospiterà sia due telescopi per la rivelazione di neutrini che strumentazione per ricerche nel campo delle scienze del mare e della geologia. Entrambi i siti ospitano una rete sottomarina di cavi elettro-ottici per la distribuzione della potenza elettrica e la trasmissione su larga banda dei dati del telescopio. Un cavo elettro-ottico principale è connesso ad un laboratorio a terra.
Il telescopio per neutrini del sito italiano (ARCA, Astroparticle Research with Cosmics in the Abyss) sarà dedicato all'astronomia con neutrini di alta energia mentre il rivelatore del sito francese (ORCA, Oscillation Research with Cosmics in the Abyss) sarà dedicato allo studio delle proprietà fondamentali dei neutrini. I rivelatori sono costituiti da unità di rivelazione, strutture verticali equipaggiate con dei sensori ottici che rivelano la luce Cherenkov generata delle particelle secondarie prodotte nelle interazioni dei neutrini con l'acqua. Ambedue i rivelatori sono costituiti dagli stessi elementi ma con una densità dei sensori ottici differente. Il rivelatore ARCA, che comprenderà 230 unità di rivelazione, organizzate in due "blocchi", con un totale di più di 4000 sensori ottici, avrà un volume totale di circa 1 km3.
Fig. 1: Vista artistica della posa delle unità di rivelazione per mezzo di una nave e di un robot sottomarino. (Copyright Marijn van der Meer/Quest)
L'astronomia con neutrini è la nuova frontiera nella ricerca astrofisica. ARCA, con un volume di circa 1 km3, sarà capace di studiare i neutrini provenienti da sorgenti astrofisiche come le supernovae, i gamma ray burst o i nuclei galattici attivi. Grazie alla sua posizione nell'emisfero nord, KM3NeT garantirà una copertura del cielo complementare a quella di IceCube, un analogo telescopio per neutrini in funzione al Polo Sud. KM3NeT osserverà, in particolare, la regione del piano galattico con una grande risoluzione angolare.
La collaborazione KM3NeT è formata da più di 250 ricercatori, principalmente europei, che si sono impegnati nella progettazione ed ora nella costruzione dei due rivelatori e della rete di fondo. L'INFN è coinvolto con dieci strutture. I LNS sono il laboratorio di riferimento per il nodo KM3NeT-ARCA. Gestiscono la stazione di terra, situata a Portopalo di Capo Passero (SR), 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 di Catania per mezzo di un link in fibra ottica ad alta velocità, che consente il controllo dell’apparato e l'acquisizione dati in remoto.
Fig. 2: Sensore ottico con funi per l’alloggiamento delle Unita di rivelazione.
I LNS sono anche impegnati in prima linea nella costruzione dell'apparato con una sede di integrazione per le unità di rivelazione e nella costruzione della rete di fondo. I primi dati provenienti dalla prime unità di rivelazione già installate hanno dimostrato la validità del progetto. Attualmente la rete di fondo è in fase di ampliamento e la collaborazione è in piena fase di costruzione delle unità di rivelazione. ARCA sarà il primo apparato di grandi dimensioni mai costruito in un ambiente sconosciuto ed ostile come le grandi profondità marine.