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Buone notizie dal progetto di esperimento sui neutrini "T2K" in Giappone: ha ripreso a raccogliere dati alla fine dell'anno scorso dopo un ampio aggiornamento del fascio di neutrini e del rivelatore vicino. Il rivelatore vicino è saldamente nelle mani degli istituti svizzeri - l'Università di Ginevra e l'ETH Zurigo. Federico Sánchez dell'Università di Ginevra fornisce un aggiornamento su ciò che è successo e su cosa possiamo aspettarci.
"La differenza rispetto prima dell'aggiornamento è sorprendente: vediamo un aumento del 70% dell'intensità dei neutrini dopo l'aggiornamento", afferma Sánchez. "Questo è un traguardo molto importante, non solo perché una maggiore sensibilità e intensità significano più dati da esaminare per risultati interessanti, ma anche perché dimostra che siamo pronti per la prossima generazione di esperimenti sui neutrini come HyperKamiokande attualmente in costruzione". Dalla prima esecuzione alla fine dell'anno scorso, la collaborazione di circa 350 scienziati provenienti da tutto il mondo ha raccolto circa 40.000 eventi di neutrini che saranno utilizzati per l'analisi. In solo un mese hanno registrato tanti neutrini quanti ne avevano raccolti nei diversi mesi di raccolta dati nel 2010 e nel 2011.
Un po' di contesto sull'esperimento T2K e la sua configurazione: l'esperimento dovrebbe misurare le oscillazioni dei neutrini, un fenomeno in cui un neutrino si trasforma in un altro tipo di neutrino mentre viaggia attraverso lo spazio. Per effettuare la misurazione, fasci di neutrini o antineutrini vengono inviati da un centro di ricerca sulla costa est del Giappone a 295 km attraverso il terreno fino all'osservatorio di Kamioka sulla costa ovest. I fasci, contenenti un trilione di neutrini (o antineutrini) ad altissima energia per impulso (ogni 1,3 secondi), vengono inviati nel rivelatore lontano - un serbatoio riempito d'acqua grande quanto 20 piscine olimpioniche situato a 1000 metri sotto terra in una miniera dismessa. Gli scienziati confrontano i dati del rivelatore vicino a 280 metri dal punto in cui i neutrini vengono prodotti con quelli del rivelatore lontano per capire cosa è successo al fascio lungo il percorso.
"La maggior parte della fisica è effettivamente fatta nel rivelatore vicino", dice Sánchez. Viene utilizzato per verificare quanti neutrini e antineutrini ci sono e quale energia hanno prima di oscillare. Se gli scienziati trovano una differenza nel comportamento di questi neutrini, ciò è un'indicazione di uno squilibrio che potrebbe essere la chiave della domanda su perché siamo fatti di materia anziché di antimateria.
Nel corso degli ultimi anni, l'acceleratore principale presso il centro giapponese di acceleratori J-PARC e la sua linea di fasci di neutrini e strumenti di produzione sono stati aggiornati in diversi punti per aumentare la potenza del fascio, che è ora circa il 40% migliore rispetto prima. Anche il rivelatore vicino ha subito cambiamenti significativi. Nuovi sotto-rivelatori e una configurazione modificata permettono un raccolto di dati molto più ricco: gli scienziati avranno informazioni più dettagliate e complete sulle particelle che attraversano questo rivelatore vicino. La Svizzera, e in particolare l'Università di Ginevra e l'ETH Zurigo, sono state fortemente coinvolte in due di essi, dalla progettazione e costruzione all'elettronica e ai test all'installazione e alla calibrazione.
I rivelatori appena installati sono il cosiddetto SuperFGD, che rileva le tracce intorno a un punto di interazione dei neutrini all'interno del rivelatore con una granularità molto più elevata rispetto al passato, un rivelatore di tempo di volo, che può rilevare se le particelle entrano o escono e sia vetarle che identificarle, e una camera a proiezione temporale ad angolo elevato TPC, che misura il momento delle particelle emesse su un'ampia gamma di angoli.
"Questi rivelatori sono passati dal design tecnico all'operazione in cinque anni, con una pandemia e una crisi dei chip gettate nel mezzo", ricorda Sánchez. Molti dei componenti sono stati sviluppati e testati in laboratori diversi e sono stati assemblati solo in Giappone per l'installazione. Il SuperFGD utilizza una nuova configurazione di due milioni di cubi scintillanti, ciascuno delle dimensioni di un centimetro cubo, oltre a circa 60000 fibre ottiche, permettendo la ricostruzione delle tracce delle particelle in 3D. Intorno ad esso si trovano i foto-moltiplicatori al silicio per il rivelatore di tempo di volo. Ogni dato e lezione appresa da questi rivelatori beneficeranno anche l'esperimento successore HyperKamiokande.
Il prossimo periodo di raccolta dati è previsto per febbraio, e mentre i dati saranno alla fine utilizzati per l'analisi fisica, gli scienziati trascorreranno il prossimo anno allineando e calibrando il loro nuovo equipaggiamento appena installato.
Barbara Warmbein