Fisica Sperimentale delle Interazioni Fondamentali: ICARUS

Le attività del gruppo riguardano lo sviluppo di rivelatori Time Projection Chamber ad Argon liquido (LAr-TPC) per la fisica degli eventi rari (oscillazioni di neutrino, decadimento del nucleone, Materia Oscura). Parte delle attività del gruppo hanno riguardato lo sviluppo del rivelatore LAr-TPC in doppia fase (gas+liquido) WARP per la ricerca di Materia Oscura sotto forma di WIMPs (Weakly Interactive Massive Particles). Il rivelatore da 100 litri ha funzionato presso i laboratori del Gran Sasso (LNGS) dell’INFN per un run tecnico in cui sono stati caratterizzati i fondi radioattivi che possono limitare la sensitività di questo tipo di esperimenti, in cui si cercano eventi estremamente rari. Il gruppo partecipa ora principalmente all’esperimento ICARUS-T600, una LAr-TPC di 600 tonnellate che ha registrato dal 2010 al 2013 circa 3000 interazioni di neutrini provenienti dal fascio CNGS dal CERN al Gran Sasso. Il gruppo nel corso degli anni ha maturato competenze e leadership che riguardano tutti gli aspetti di ICARUS-T600: realizzazione delle camere a fili che costituiscono il cuore del rivelatore; progettazione dell’impianto criogenico necessario a mantenere l’Argon nella fase liquida, stabile e puro; realizzazione del sistema di tubi foto-moltiplicatori (PMTs) necessari alla rivelazione della luce di scintillazione prodotta da tracce ionizzanti in Argon liquido, che viene utilizzata a scopo di trigger e timing degli eventi; sviluppo del sofware per l’analisi dei dati. L’analisi degli eventi di neutrino CNGS ha prodotto risultati fondamentali di fisica pubblicati su riviste di settore. Il gruppo si è recentemente occupato del trasferimento del rivelatore ICARUS-T600 da LNGS al CERN di Ginevra: il rivelatore, aggiornato seguendo i più recenti sviluppi della tecnologia delle LAr-TPC, ha visto rinnovare completamente il sistema di PMT per la rivelazione della luce di scintillazione, le componenti passive del sistema criogenico (criostati e isolamento termico) e l’elettronica per la lettura dei segnali delle TPC. A breve il rivelatore ICARUS-T600 arriverà ai laboratori del Fermilab (USA) dove, nell’ambito del progetto Short-Baseline Neutrino (SBN) sarà affiancato da altri due rivelatori LAr-TPC, SBND e MicroBOONE, con l’obbiettivo di cercare oscillazioni di neutrino mediate dalla presenza di un eventuale nuovo stato di neutrino, cosiddetto sterile, per ora soltanto suggerito da risultati ambigui di passati esperimenti. Il gruppo di Pavia ha avuto un ruolo centrale nell’aggiornamento del rivelatore ICARUS-T600 avendo la responsabilità dell’installazione del nuovo sistema di PMT e del coordinamento tecnico complessivo delle attività al CERN. In parallelo, il gruppo porta avanti un’attività di ricerca e sviluppo volta principalmente allo studio e alla caratterizzazione di nuovi tipi di foto-rivelatori (PMT e Silicon PMT) che funzionino alle temperature criogeniche del LAr e alle lunghezze d’onda VUV tipiche dei liquidi di gas nobile. Le attività del gruppo, nel corso degli ultimi tre anni, hanno prodotto materiale per tre tesi di Laurea Magistrale e tre tesi di Dottorato di Ricerca presso il Dipartimento di Fisica.

Staff: Alessandro Menegolli, Claudio Montanari, Andrea Rappoldi, Gian Luca Raselli, Massimo Rossella

Esperimento ICARUS al LNGS
Esperimento ICARUS al FERMILAB
Programma Short-Baseline Neutrino

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