Che aspetto ha DUNE, il gigantesco esperimento sotterraneo che svelerà i segreti dell’origine dell’universo

Nel 1930 il fisico austriaco Wolfgang Pauli fece una scommessa. Affermò che nessuno avrebbe trovato nulla di ciò che lui stesso aveva proposto come un “rimedio disperato”, come diceva lui, per preservare la validità della legge di conservazione dell’energia: li definì entrambi “rimedi disperati”. neutrini, Particelle scariche e non rilevabili, che sarebbero responsabili del drenaggio dell’energia persa.

Ventisei anni dopo, dovette saldare la scommessa e pagare una cassa di champagne. Nel 1956, i ricercatori Clyde Cowan e Fred Raines rilevarono antineutrini provenienti da un reattore nucleare nel fiume Savannah nella Carolina del Sud, negli Stati Uniti. Sebbene i neutrini interagiscano debolmente con la materia, erano lì per la prima volta.

Da quando Pauli ne ha proposto l’esistenza, i neutrini sono stati avvolti in uno strato di mistero dal quale non sono riusciti a sfuggire fino ai giorni nostri. Forse questo è il motivo per cui le organizzazioni scientifiche di tutto il mondo lo fanno DUNE (esperimento sui neutrini nel sottosuolo profondo)il progetto gigante più ambizioso fino ad oggi, mira a dare la caccia a queste particelle sfuggenti, che portano con sé alcune preoccupazioni irrisolte riguardanti l’origine dell’universo.

“I neutrini sono particelle modello standard prive di carica e con una massa molto piccola, il che le rende molto sfuggenti Viene catturato solo un neutrino su 10mila miliardi Ha spiegato a informazione Clara Cuesta Soria, dottore di ricerca in Fisica, è ricercatrice presso l’Unità CIEMAT, una delle istituzioni che partecipano all’esperimento.

Nell’ultimo secolo circa, la ricerca sui neutrini ha avuto i suoi alti e bassi, scoperte che hanno confutato le teorie fino ad allora esistenti, ma rimangono incognite fondamentali. In linea di principio non si pensava che i neutrini avessero massa. La scoperta delle sue oscillazioni rappresentò un cambiamento radicale dimostrando che la sua massa, sebbene trascurabile, non era zero.

“La sua massa è almeno un milione di volte inferiore a quella di un elettrone. Cuesta Soria ha scritto in un articolo pubblicato dalla rivista “Nature” che “66 miliardi di neutrini attraversano ogni centimetro quadrato della pelle di ogni persona sulla Terra ogni secondo, e noi non li notiamo”. Conversazione.

Da parte sua, Shirley Lee, professoressa di fisica all’Università della California, Irvine, specializzata nel comportamento delle particelle, ha detto a questo mezzo: “Nel corso del tempo, abbiamo osservato i neutrini da diverse fonti e li abbiamo catturati in diversi mezzi, ma non è così. molto difficile. È sfuggente perché non interagisce con particelle o altra materia se non attraverso un tipo di interazione caratterizzata dalla sua debolezza. “interazione debole”. In altre parole, interagiscono a malapena con qualsiasi cosa.

Intrappolare i neutrini è un compito immane. Gli scienziati affermano che è ancora necessaria una misurazione precisa dei fattori che li governano e avvertono che è essenziale comprendere la disparità tra neutrini e antineutrini. Tutto ciò porterà alla vera motivazione dietro il gigantesco progetto DUNE, ovvero far luce su una domanda fondamentale: come è stato creato l’universo come lo conosciamo oggi? Come ha prevalso la materia durante il Big Bang?

DUNE sarà un’enorme esperienza sotterranea. Il Sanford Underground Research Facility (SURF), situato nel profondo del South Dakota, negli Stati Uniti, ospiterà il gigantesco rilevatore che caccia e cattura i neutrini. Il piano di lavoro è arduo: in tre anni dovranno essere rimosse 800.000 tonnellate di roccia per fare spazio al rilevatore e ai suoi sistemi di supporto.

Ma il progetto, oltre al rilevatore nel South Dakota, prevede un’altra tappa centrale situata nella periferia di Chicago. Si tratta del Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), che si trova nell’orbita del Dipartimento dell’Energia. Un acceleratore in laboratorio creerà un fascio di neutrini e li scaglierà in linea retta attraverso la crosta terrestre, dove riappariranno a circa 1.300 chilometri di distanza. Le particelle viaggeranno ad una velocità simile a quella della luce -99,9% della sua potenza, ovvero circa 299.338 chilometri al secondo.

“Poiché i neutrini sono così sfuggenti, sono necessari grandi rivelatori in grado di rilevarli. Il rivelatore DUNE 70mila tonnellate di argon liquido. La tecnologia di rilevamento utilizzata in DUNE consente la costruzione di un grande rilevatore – lungo 60 metri – con la posizione delle particelle interagenti determinata con precisione millimetrica. “Costruire un’esperienza come questa richiede uno sforzo enorme, motivo per cui lo stiamo facendo in una collaborazione internazionale composta da 1.400 persone provenienti da più di 30 paesi”, ha spiegato Cuesta Soria all’interrogante.

Come ha spiegato l’esperto, un rilevatore vicino al punto di produzione determinerebbe le proprietà dei neutrini nel loro punto di partenza. Allo stesso modo, un altro rilevatore remoto situato in una miniera d’oro, a 1.500 metri sottoterra, li individuerà per analizzare eventuali cambiamenti nelle loro proprietà.

Il ruolo dell’argon liquido, in questa fase, sarà fondamentale. Al SURF ci saranno quattro enormi rilevatori in grado di contenere 67.000 tonnellate di argon liquido, l’equivalente di 15 piscine olimpioniche a meno 190 gradi. Questi complessi saranno responsabili della cattura dei neutrini.

“Durante l’interazione delle particelle con l’argon, vengono emesse particelle cariche, che vengono catturate grazie a grandi campi elettrici. Ci sono anche piccole quantità di luce, che vengono raccolte da sensori in grado di catturare quantità piccole come un singolo fotone”, ha spiegato il fisico spagnolo.

Il progetto conta su un investimento di milioni di dollari. Nel 2014, i costi di DUNE erano stimati in 1,9 miliardi di dollari. Da allora, l’esperimento è stato afflitto da ritardi e superamenti dei costi, portando il Dipartimento dell’Energia a scegliere di ridurre di circa la metà le dimensioni del rilevatore esistente nel South Dakota. Tuttavia, nella sua versione più piccola, il calcolo degli investimenti di oggi è superiore a 3 miliardi di dollari.

Per quanto riguarda le scadenze, il Fermilab è cauto. Dopo aver completato la costruzione della rete sotterranea, sperano di lanciare la prima fase dell’esperimento sul fascio di neutrini nel 2031. Tra poco più di sette anni, si prevede che alcuni segreti dell’universo inizieranno a essere svelati.

È un paradosso. I neutrini non hanno alcun effetto sugli oggetti quotidiani che ci circondano, ma possono fornire risposte agli insondabili misteri dell’origine dell’universo. I neutrini e i loro fratelli di antimateria, gli antineutrini, esistono in tre tipi a seconda di come vengono generati: elettroni, muoni e muoni.

I neutrini e gli antineutrini possono oscillare in misura diversa, un’asimmetria chiamata violazione della parità di carica. Misurare l’asimmetria è la carota che cercano i fisici, perché può aiutare a spiegare come l’entanglement delle particelle fondamentali nell’universo primordiale, subito dopo il Big Bang, abbia generato più materia che antimateria.

“L’origine dell’universo è una questione così complessa che siamo così lontani dal comprenderla appieno. In particolare, speriamo che DUNE possa far luce su come l’universo si è evoluto al punto in cui oggi è dominato dalla materia, anziché essere per metà materia e metà antimateria.Tuttavia, la relazione tra ciò che possiamo misurare in DUNE (violazione della parità di carica nell’oscillazione del neutrino) e il modo in cui si collega all’asimmetria materia-antimateria è così complessa che saranno necessarie più teorie ed esperimenti per risolverla completamente .

Intanto Clara Cuesta Soria avverte: “L’osservazione delle differenze nelle oscillazioni del neutrino e dell’antineutrino in DUNE potrebbe spiegare cosa è successo nei primi istanti della storia dell’universo. All’inizio, materia e antimateria si annichilavano costantemente, producendo energia, ma alla fine Parte della materia superò l’antimateria e grazie a ciò si formarono gli atomi, le stelle e la materia che oggi ci circonda. L’obiettivo di DUNE è dimostrare che un fenomeno fisico è necessario affinché la materia domini l’antimateria.

Così i neutrini, una delle particelle massicce più abbondanti nell’universo, ma di cui si sa poco o nulla, che ha appena massa e sembra non avere alcun effetto sulla nostra vita quotidiana, potrebbero contenere le risposte a miliardi di misteri . .di anni. Misteri che restano irrisolti.