Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE)

Immagine di DUNE

Il Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) è un esperimento internazionale che consisterà in due rivelatori posizionati lungo il percorso del fascio di neutrini più intenso del mondo: un rivelatore registrerà le interazioni delle particelle vicino alla sorgente, presso il Fermi National Accelerator Laboratory di Batavia nell’Illinois mentre un secondo rivelatore, molto più grande, sarà installato a più di un chilometro di profondità nel Sanford Underground Research Laboratory di Lead, nel Dakota del Sud, a 1300 chilometri di distanza dal punto di produzione.

Gli obiettivi dell’esperimento DUNE sono relativi a varie linee di ricerca:

  • fisica delle oscillazioni dei neutrini: obiettivo principale dell’esperimento sarà la determinazione dell’ordinamento delle masse dei neutrini e dell’eventuale violazione della simmetria CP nel settore leptonico che può fornire informazioni sull’origine della asimmetria materia-antimateria, una delle domande fondamentali nella fisica delle particelle e nella cosmologia.
  • decadimento del protone: E’ un processo predetto da alcune estensioni del modello standard; la sua osservazione sarebbe una scoperta sensazionale nella fisica delle particelle e fornirebbe un requisito chiave per le teorie di grande unificazione delle forze.
  • l’osservazione di neutrini provenienti dal collasso di una supernova nella nostra galassia: la misura del flusso di neutrini proveniente da questa sorgente fornirebbe informazioni uniche sulle prime fasi del collasso del nucleo e sulla formazione di una stella di neutroni consentendo anche potenzialmente di assistere alla nascita di un buco nero.

Attività svolte a Bologna

Il gruppo DUNE di Bologna si occupa principalmente di:

  • Simulazione Monte Carlo per lo studio e l’ottimizzazione di SAND (System for on-Axis Neutrino Detection), uno dei rivelatori che formeranno il sistema di rivelatori vicini dell’esperimento DUNE. Particolare interesse è rivolto al riutilizzo del magnete e del calorimetro elettromagnetico del rivelatore KLOE che ha operato, per oltre 20 anni, in uno dei punti di interazione del collisore elettrone-positrone DAΦNE dei Laboratori Nazionali di Frascati.
  • Test e caratterizzazione dei fotomoltiplicatori al Silicio (SiPM) da utilizzare nei sistemi di raccolta luce (X-ARAPUCA) che verranno impiegati per la raccolta della luce di scintillazione nelle camere a proiezione temporale ad Argon liquido che formeranno il sistema di rivelatori lontani di DUNE.
  • Studio, progettazione, ottimizzazione e sviluppo di un sistema innovativo di imaging per la lettura ottica della luce di scintillazione prodotta nel bersaglio di Argon liquido che comporrà il rivelatore SAND. Il sistema ottico sotto studio si basa su maschere ad apertura codificata, cioè reticoli o altri “pattern” di materiali opachi a varie lunghezze d’onda che, bloccando le radiazioni secondo uno schema noto, creano un’ombra “codificata” sul un piano immagine. L’immagine reale può quindi essere ricostruite matematicamente da questa ombra. Le aperture codificate sono utilizzate nei sistemi di imaging a raggi X e gamma, poiché questi, essendo di alta energia, non possono essere focalizzati con obiettivi o specchi che funzionano per la luce visibile. Tale tecnica fu introdotta per la prima volta alla fine degli anni ’70 e, da allora, è stato utilizzato principalmente in astronomia e applicazioni spaziali. Immagine esperimentoIl gruppo di Bologna si occupa della simulazione Monte Carlo basata su GEANT4 di tale apparato: in figura è mostrato un esempio di maschera codificata implementata (a sinistra) e la ricostruzione di una immagine prodotta dal passaggio di un muone all’interno di un volume di Argon liquido (a destra). Inoltre, il gruppo sta sviluppando un piccolo prototipo basato su matrici di SiPM Hamamatsu lette da un ASIC commerciale (TRIROC) al fine di verificare e validare la tecnica di ricostruzione con pattern di luci LED in azoto liquido.

Il gruppo DUNE Bologna

Link utili

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