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Dipartimento di

 
 

Fisica astroparticellare  

Il programma di astrofisica nucleare e delle particelle affronta problemi di fisica fondamentale nei sistemi astrofisici. Le ricerche attuali riguardano i neutrini solari, le oscillazioni di neutrino, le ricerche di "WIMP" come candidati di possibile materia oscura, il decadimento beta senza neutrini e la rivelazione di raggi cosmici ad energia ultra-elevata.

Neutrini solari: Milano ha un ruolo importante nell'esperimento sui neutrini solari Borexino al Laboratorio del Gran sasso. Il rivelatore consiste di 130 tonnellate di scintillatore liquido ultra-puro, edha realizzato la prima misura di conteggio diretto di neutrini di bassa energia dal sole (neutrini da 7Be e pep). La misura ha permesso di verificare alcune caratteristiche fondamentali delle oscillazioni di neutrino. Vale anche come test fondamentale per la teoria della complessa fisica del sole e dell'evoluzione stellare.

Oscillazioni di neutrino: Il rivelatore Borexino è perfettamente adeguato per ospitare un esperimento di oscillazione di neutrino capace di far luce sui molti elementi sperimentali interessanti accumulati fono ad ora, che sembrano indicare la pissibile esistenza di un neutrino sterile ad una scala di massa di pochi eV. L'esperimento sraà condotto utilizzando una sorgente di neutrini di 51Cr localizzata vicino al rivelatore, ed in una seconda fase sviluppando uan sorgente di antineutrini 144Ce-144Pr all'interno del rivelatore. La ricerca di neutrini sterili è anche un obiettivo della collaborazione Icarus, che sta preparando un esperimento dedicato con due rivelatori di argon liquido completati da uno spettrometro magnetico, che entreranno in funzione al CERN. Nel frattempo, l'analisi dei dati raccolti con il fascio di neutrini CNGS forniranno risultati sull'interazione di neutrini e le oscillazioni degli stessi. Ci sono ancora molte domande a cui rispondere circa i neutrini, che possono anche indicare nuova fisica al di là del modello standard. Alcuni di questi problemi, come quello dei neutrini sterili, la gerarchia delle masse, e l'esistenza di fasi che violano la conservazione di CP, possono trovare risposta tramite fasci di neutrini accelerati accoppiati a grandi rivelatori di Argon liquido, di cui Icarus è il primo prototipo di successo. Icarus è un rivelatore avanzato che può spianare la strada a futuri esperimenti sul decadimento del protone e la violazione di CP nel settore dei neutrini.

Ricerca di materia oscura sotto forma di WIMP: C'è una sovrabbondante evidenza che circa il 30% dell'universo sia sotto forma di materia oscura "fredda", ma la natura di questa materia resta un mistero. La teoria più interessante è che si possa trattare di particelle massive debolmente interagenti (weakly interacting massive particles, WIMPs) che si siano disaccoppiate in una fase primordiale dell'unicerso. Un modo efficace di rivelare queste WIMPs direttamente nell'alone galattico è cercare il rinculo dei nuclei prodotto quando esse interagiscono con la materia ordinaria in un rivelatore molto sensibile. Darkside è un esperimento innovativo per la rivelazione diretta di particelle di materia oscura al Laboratorio del Gran Sasso. La logica progettuale coinvolge una "time-projection chamber" di argon liquido in cui l'energia rilasciata nei rinculi nucleari prodotti da WIMPs può produrre sia scinitillazione che ionizzazione.

Raggi cosmici di energia ultra-elevata: L'osservatorio Pierre Auger (PAO) è un osservaorio internazionale per raggi cosmici progettato per rivelare raggi cosmici ad energia ultra-elevata. Questi sono particelle subatomiche (protoni o altri nuclei) con energia attorno a 10^20 eV. Queste particelle di alta energia arrivano al ritmo bassissimo di una per chilometro quadrato per secolo e dunque, per registarre un gran numero di eventi l'osservatorio Auger ha creato un'area di rivelazione con una dimensione di 3000 chilometri quadrati. L'osservatorio è il più grande rivelatore di raggi cosmici di energia ultra-elevata del mondo ed è situato nella vasta piana di Pampa Amarilla in Argentina. Si tratta del primo esperimento che combina rivelatori di tipo diverso nello stesso sito, permettendo la calibrazione e la riduzione di effetti sistematici. 

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