Le ricercatrici e i ricercatori dell’esperimento CUORE (Cryogenic Underground Observatory for Rare Events), situato ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), hanno pubblicato su Nature i nuovi risultati dell’indagine sulla natura del neutrino.

I risultati ottenuti e pubblicati su Nature si basano su una quantità di dati, raccolta negli ultimi tre anni, dieci volte più grande di qualsiasi altra ricerca con tecnica sperimentale simile. Nonostante la sua fenomenale sensibilità, l’esperimento non ha ancora osservato prove di doppio decadimento beta senza emissione di neutrini. Da questi risultati è però possibile stabilire che un atomo di tellurio impiega più di 22 milioni di miliardi di miliardi di anni per decadere: si tratta di nuovi limiti di CUORE sul comportamento dei neutrini, cruciali per ricerca di una possibile nuova scoperta della fisica delle particelle che sarebbe rivoluzionaria perché aiuterebbe a comprendere le nostre stesse origini.

Ma CUORE è  un vero trionfo scientifico e tecnologico, non solo per i suoi nuovi risultati, ma anche per aver dimostrato con successo il funzionamento del suo criostato in condizioni veramente estreme, criostato che opera ininterrottamente  da quasi tre anni  alla temperatura di 10 millesimi di grado sopra lo zero assoluto (10 milliKelvin).

Il gruppo di ricerca di Bologna partecipa all’ esperimento CUORE dal 2008 e ha preso parte all’ assemblaggio degli oltre novecento cristalli di ossido di tellurio (¹³⁰TeO₂) e ha fornito un rilevante contributo durante la delicata fase di assemblaggio del criostato. Il criostato di CUORE come sottolineato nell’articolo di Nature, costituisce ad oggi  lo stato dell’arte  nel contesto di strumentazioni criogeniche di queste dimensioni.

Ma più in generale e a maggior ragione in ricerche  di eventi rari, è fondamentale  la riduzione dei rumori di  fondo.  In questo ambito  il gruppo di Bologna ha dato inizio  ad una campagna di individuazione delle sorgenti di rumore focalizzandosi sui disturbi a frequenze inferiori all’ hertz. Questi disturbi costituiscono un indesiderato  ed incontrollabile rumore di fondo che potrebbe sensibilmente  limitare la risoluzione energetica  alle bassissime energie come nel caso della ricerca  di materia oscura (dark matter) o di assioni.                        

Si tratta di uno studio originale che si è avvalso delle competenze di colleghi del settore di  Geofisica della terra solida del DIFA e del settore Oceanografia e fisica dell’atmosfera del DIFA oltre ai contributi di colleghi dell’INGV di Bologna e dell’INGV dell’ Aquila,  e al contributo della ditta SARA Electronic Instruments  di Perugia.

CUORE potrà beneficiare di questo studio tuttora in corso, ma i risultati ottenuti saranno estremamente utili  per mitigare gli effetti di questi disturbi negli esperimenti bolometrici di prossima generazione  che si propongono di accrescere notevolmente il potenziale di scoperta del decadimento doppio beta privo di neutrini.  Tra questi l’esperimento CUPID che è previsto svolgersi nuovamente al Gran Sasso e riutilizzare l’infrastruttura criogenica di CUORE, attualmente in fase di progettazione.  In riferimento  a questo progetto il gruppo di Bologna partecipa, in collaborazione con  l’unità di Bologna dell’ Istituto per la Microelettronica e Microsistemi IMM del CNR  e con l’IMEM di Parma ad una attività di ricerca e sviluppo di trasduttori termici  criogenici.

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