Il rilevatore di neutrini Hyper-kamioka

Il Giappone realizzerà un gigantesco rivelatore di neutrini che conterrà una quantità di acqua ultra pura, cinque volte maggiore di quella contenuta in un rivelatore simile chiamato Super-Kamiokande.

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Il Giappone realizzerà un gigantesco rivelatore di neutrini che conterrà una quantità di acqua ultra pura, cinque volte maggiore di quella contenuta in un rivelatore simile chiamato Super-Kamiokande.

Il nuovo rivelatore si chiamerà Hyper- Kamiokande, verrà realizzato sfruttando una vasta caverna che verrà scavata nei pressi della miniera Kamioka di Hida City e, i fisici sperano, porterà scoperte rivoluzionarie su queste onnipresenti ma sfuggenti particelle.

La notizia è trapelata pochi giorni fa quando un comitato ha approvato un budget di miliardi di yen che verranno spesi per la costruzione del rivelatore.

Saranno le dimensioni straordinarie di Hyper-Kamiokande o Hyper-K ha permettergli di rilevare un numero di neutrini mai osservati in passato, prodotti da varie fonti, inclusi raggi cosmici, sole, supernovae e raggi artificialmente prodotti da un acceleratore di particelle.

Hiper-K non si limiterà a catturare i neutrini, ma monitorerà l’acqua ultra-pura cercando il possibile decadimento spontaneo dei protoni nei nuclei atomici, che, se osservato, sarebbe una scoperta rivoluzionaria.

La notizia, giunta a Nature da alcuni ricercatori, non è ancora stata confermata dal governo del Sol levante in modo ufficiale. La prima tranche del finanziamento sarebbe di 3,5 miliardi di yen. Secondo i fisici giapponesi il bilancio del progetto dovrà poi essere approvato dal parlamento, approvazione che avverrà con molta probabilità nei prossimi mesi.

L’impresa sarà titanica, il costo previsto per la realizzazione del gigantesco rivelatore ammonterà a 64,9 miliardi di ¥, circa 600 milioni di dollari USA, afferma Masato Shiozawa, fisico all’Università di Tokyo e co-leader del progetto. Per gli aggiornamenti dell’acceleratore J-PARC, che verrà utilizzato per produrre i neutrini, verranno spesi altri 7,3 miliardi di yen. L’acceleratore J-PARC si trova a Tokai a 300 chilometri di distanza dal sito che ospiterà il rilevatore.

Al progetto parteciperanno anche diversi paesi, tra cui Regno Unito e Canada, al Giappone la fetta più grossa delle spese, pari al 75% del totale. Le nazioni che parteciperanno al progetto tuttavia non hanno ancora deciso la dimensione dei loro contributi.

Il rilevatore sarà composto da un grosso serbatoio profondo 71 metri e largo 68. Il serbatoio, avrà la forma di un tamburo e verrà sistemato in una caverna che verrà scavata utilizzando cariche esplosive. Il sito sarà realizzato a 8 chilometri dalle strutture già esistenti a Kemioka, questo per evitare di produrre interferenze che potrebbero disturbare il rilevatore di onde gravitazionali KAGRA, che sta per essere attivato. Il sito di Kamioka è stato scelto decenni fa a causa delle strutture minerarie esistenti e dell’alta qualità della roccia, nonché dell’abbondante fornitura di acqua dolce.

La struttura di Hyper-kamioka sarà simile a quella di Super-Kamioka, il serbatoio sarà completamente rivestito di fotomoltiplicatori che saranno utilizzati per captare i flebili lampi emessi dallo scontro dei neutrini con le molecole d’acqua ultra-pura.

Gli esperimenti sui neutrini non si limitano certamente al nuovo Hyper-kamioka. Nei prossimi anni inizieranno anche altri esperimenti, il Deep Underground Neutrino Experiment negli USA a partire del 2025 e il Jiangmen Underground Neutrino Observatory in Cina, che dovrebbe iniziare a raccogliere dati nel 2021.

Il fisico Takaaki Kajita dell’Università di Tokyo, durante lo svolgimento di una conferenza a Londra il 16 dicembre scorso ha affermato che Hyper-K sarà in grado di studiare le differenze nei comportamenti dei neutrini e delle loro controparti gli antineutrini. Tale asimmetria potrebbe dirci perché l’Universo sembra contenere principalmente materia e pochissima antimateria, ha affermato Kajita, che ha condiviso il Premio Nobel per la fisica 2015 per la sua co-scoperta sulle oscillazioni dei neutrini, realizzato usando il Super-K negli anni ’90.

Super-K ha già rilevato accenni di questa discrepanza, ma sia Hyper-K che DUNE dovrebbero essere in grado di misurarlo con una più elevata precisione usando due tecniche differenti – DUNE utilizzerà argon liquido anziché acqua fornendo un importante controllo incrociato.

Secondo Masayuki Nakahata, fisico dell’Università di Tokyo e portavoce del progetto, Super-kamioka sarà impegnato anche in un’altra grande impresa, quella di catturare il decadimento del protone che finora non è mai stato osservato e se avviene deve essere certamente un evento estremamente raro. Questo evento, se accade cosi raramente ci dice che il protone ha una vita molto lunga, dell’ordine di 10 elevato 34 anni.

L’attuale modello standard della fisica delle particelle non consente il decadimento del protone, ma molte delle teorie proposte per sostituirlo e unificare le forze fondamentali della natura predicono il fenomeno.

Poiché Hyper-K monitorerà un volume d’acqua cinque volte maggiore rispetto a Super-K, avrà maggiori probabilità di osservare il decadimento dei protoni. Se non rileveverà il fenomeno, il limite sulla durata media del protone si estenderà di dieci volte.

Fonte: Nature