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Il posto più freddo dei LNF

Nei primi giorni del 2020 è terminata con successo la messa in funzione del nuovo criostato con refrigeratore a diluizione del laboratorio COLD (CryOgenic Laboratory for Detectors).

Questo apparato consente di raggiungere una temperatura di -273,14 °C, ossia soli dieci millesimi di grado sopra lo zero assoluto. Si tratta della temperatura più bassa mai raggiunta finora nei Laboratori di Frascati.

La capacità di raggiungere temperature così basse è resa possibile dal comportamento peculiare di una miscela di elio-3 ed elio-4, due isotopi dell’elio, allo stato liquido. Preraffreddata a bassa temperatura con altri metodi, la miscela si separa spontaneamente in due fasi a causa del differente comportamento quantistico dei due isotopi: l’elio-3, più leggero, galleggia sull’elio-4. Innescando il miscelamento (diluizione) dell’elio-3 nell’elio-4 con un opportuno sistema di pompaggio, si ottiene il raffreddamento del liquido, consentendo il raggiungimento di temperature appena al di sopra dello zero assoluto.

Raggiungere queste temperature è necessario per rilevare segnali deboli e rari come possono essere quelli dovuti alla presenza di materia oscura nella nostra galassia in esperimenti come QUAX. Il gruppo di ricerca del laboratorio COLD sta infatti sviluppando rivelatori superconduttivi in grado di rivelare singoli fotoni a microonde che devono operare nel “silenzio” assoluto che si ottiene solo a pochi millesimi di grado sopra lo zero assoluto.