KM3NeT

Il Cubic Kilometre Neutrino Telescope, o KM3NeT, è una futura infrastruttura europea di ricerca scientifica, che sarà posizionata sul fondale del Mar Mediterraneo. Conterrà un telescopio di neutrini di nuova generazione nella forma di un rivelatore Čerenkov con un volume di cinque chilometri cubi distribuiti in tre posizioni nel Mediterraneo: KM3NeT-Fr (al largo di Tolone, Francia), KM3NeT-It (al largo di Portopalo di Capo Passero, Sicilia, Italia) e KM3NeT-Gr (al largo di Pylos, Peloponneso, Grecia). Il progetto KM3NeT continua il lavoro fatto dai progetti di rilevatori di neutrini: ANTARES (telescopio al largo della Francia), NEMO (telescopio pianificato al largo dell'Italia) e NESTOR (telescopio pianificato al largo della Grecia).

KM3NeT cercherà i neutrini provenienti da sorgenti astrofisiche distanti come resti di supernova, lampi gamma, supernove o collisioni tra stelle e sarà un potente strumento nella ricerca della materia oscura nell'universo. Il suo obiettivo primario è individuare i neutrini da sorgenti della nostra galassia. Delle reti di migliaia di sensori ottici individueranno la debole luce nelle acque profonde dalle particelle cariche originate dalle collisioni dei neutrini con l'acqua o le rocce, in vicinanza del rivelatore. L'infrastruttura di ricerca conterrà anche la strumentazione per altre discipline scientifiche, come la biologia marina, l'oceanografia e la geofisica, per un monitoraggio a lungo termine del ambiente dell'oceano profondo e il fondale marino a molti chilometri di profondità.

Una volta completato, la struttura del KM3NeT consisterà di sette grandi sottorivelatori. Sei di questi formeranno proprio il telescopio per la ricerca di sorgenti di neutrini. Il settimo sottorivelatore è un rivelatore di neutrini, ottimizzato per misurare le proprietà del neutrino stesso.

Progettazione

L'intero telescopio di neutrini conterrà circa 12000 sfere di vetro resistenti alla pressione attaccate a circa 600 corde. Ciascuna delle corde tiene 18 sensori sferici, ancorati al fondale marino e sostenuti da galleggianti. Ciascuna delle sfere, chiamata "modulo ottico digitale" (DOM, dall'inglese digital optical module), ha un diametro di circa 43 cm, contiene tubi fotomoltiplicatori lunghi 7,6 cm con l'elettronica di supporto, ed è connessa alla costa da una rete di fibra ottica a banda larga.

Sulla costa di ciascun sito di installazione del KM3NeT, una fattoria di computer effettuerà il primo filtro dei dati per la ricerca del segnale di neutrini cosmici, prima di mandare i dati al centro dati principale per l'immagazzinamento e ulteriori analisi da parte dei scienziati del KM3NeT.

Il sito KM3NeT-It, alla profondità di 3400 m, ospita il rivelatore ARCA (Astroparticle Research with Cosmics in the Abyss), con DOM, più distanziati tra loro, ottimizzati per rivelare neutrini cosmici di alta energia nell'ordine dei TeV o PeV. Le loro corde sono lunghe 650 m, distanziate 90 m l'una dall'altra.^[1]^[2]

Il sito KM3NeT-Fr, alla profondità di 2475 m, ospita il rivelatore ORCA (Oscillation Research with Cosmics in the Abyss), una rete più compatta con sensori più ravvicinati ottimizzati per i neutrini atmosferici di energia nell'ordine dei GeV. Questo consisterà di 115 corde in una griglia triangolare di 20 m, con una spaziatura di 9 m tra i DOM in una stessa corda. In generale, la rete ha un diametro di circa 210 m, e le corde sono lunghe 200 m.^[2]

Costruzione

Scatola di giunzione di ARCA sul fondale marino

Il progetto modulare del telescopio KM3NeT permette una costruzione dilazionata nel tempo. La prima fase d'implementazione cominciò nel 2012, con la costruzione delle infrastrutture sul fondale nei siti italiano e francese (KM3NeT-It e KM3NeT-Fr). Per un anno, dal 2013 al 2014, un modulo ottico prototipale ha svolto una raccolta dati con successo, nell'ambito del telescopio ANTARES.^[3] In seguito, anche presso il sito KM3NeT-It una corda prototipale ha preso dati nel periodo 2014-2015.^[4]

La prima fase di costruzione è terminata con successo. La seconda fase è cominciata e prevede il completamento dei rivelatori ARCA e ORCA rispettivamente nei siti KM3NeT-It e KM3NeT-Fr.

Relazioni con altri telescopi di neutrini

Il progetto del KM3NeT si basa sui tre progetti pilota nel Mar Mediterraneo: il rivelatore ANTARES, il Neutrino Mediterranean Observatory (NEMO) e il progetto NESTOR. I progetti NEMO e NESTOR fecero entrambi un lavoro di ricerca e sviluppo per un telescopio di neutrini, ma sono stati costruiti solo piccoli prototipi di questi. Il telescopio ANTARES fu completato il 30 maggio 2008 ed è il telescopio di neutrini nell'emisfero boreale. Nell'emisfero australe, in Antartide, l'osservatorio IceCube è già operativo. Insieme, IceCube e KM3NeT osserveranno l'intero cielo e formeranno un osservatorio di neutrini globale.

Note

^ High-energy neutrino searches in the Mediterranean Sea: probing the Universe with ANTARES and KM3NeT/ARCA (PDF), XXVII International Conference on Neutrino Physics and Astrophysics. URL consultato il 3 ottobre 2019 (archiviato dall'url originale il 15 novembre 2016). Video su KM3NeT, su YouTube.
^ ^a ^b Neutrino mass hierarchy determination with KM3NeT/ORCA (PDF), XXVII International Conference on Neutrino Physics and Astrophysics. URL consultato il 3 ottobre 2019 (archiviato dall'url originale il 15 novembre 2016). Video su KM3NeT, su YouTube.
^ The KM3NeT Collaboration, Deep sea tests of a prototype of the KM3NeT digital optical module, in Eur. Phys. J. C, vol. 74, n. 9, 2014, pp. 3056, DOI:10.1140/epjc/s10052-014-3056-3, arXiv:1405.0839.
^ The KM3NeT Collaboration, The prototype detection unit of the KM3NeT detector, in Eur. Phys. J. C, vol. 76, n. 2, 2016, pp. 54, DOI:10.1140/epjc/s10052-015-3868-9, arXiv:1510.01561.

Bibliografia

S. Adrián-Martínez, Letter of intent for KM3NeT 2.0, in Journal of Physics G, vol. 43, n. 8, 24 giugno 2016, p. 084001, Bibcode:2016JPhG...43h4001A, DOI:10.1088/0954-3899/43/8/084001.
C. Adcock, KM3NeT: The next big thing in neutrino physics, su JPhys+, 24 giugno 2016.

Altri progetti

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Collegamenti esterni

Sito ufficiale, su km3net.org.
In Italia è in corso un programma di potenziamento nell'ambito del PIANO NAZIONALE RIPRESA E RESILIENZA (PNRR) Missione 4, “Istruzione e Ricerca” - Componente 2, “Dalla ricerca all’impresa” - Investimento 3.1, “Fondo per la realizzazione di un sistema integrato di infrastrutture di ricerca e innovazione”, Progetto IR0000002 - KM3NeT4RR. Maggiori informazioni su km3net4rr.infn.it. https://km3net4rr.infn.it

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[neutrino2016a-1] High-energy neutrino searches in the Mediterranean Sea: probing the Universe with ANTARES and KM3NeT/ARCA (PDF), XXVII International Conference on Neutrino Physics and Astrophysics. URL consultato il 3 ottobre 2019 (archiviato dall'url originale il 15 novembre 2016). Video su KM3NeT, su YouTube.

[neutrino2016b-2] Neutrino mass hierarchy determination with KM3NeT/ORCA (PDF), XXVII International Conference on Neutrino Physics and Astrophysics. URL consultato il 3 ottobre 2019 (archiviato dall'url originale il 15 novembre 2016). Video su KM3NeT, su YouTube.

[3] The KM3NeT Collaboration, Deep sea tests of a prototype of the KM3NeT digital optical module, in Eur. Phys. J. C, vol. 74, n. 9, 2014, pp. 3056, DOI:10.1140/epjc/s10052-014-3056-3, arXiv:1405.0839.

[4] The KM3NeT Collaboration, The prototype detection unit of the KM3NeT detector, in Eur. Phys. J. C, vol. 76, n. 2, 2016, pp. 54, DOI:10.1140/epjc/s10052-015-3868-9, arXiv:1510.01561.

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