INFN-LNF Laboratori Nazionali di Frascati
Ai Laboratori Nazionali di Frascati è entrato in funzione CYGNO04, il dimostratore con un volume di 400 litri di una Time Projection Chamber (TPC) gassosa a lettura ottica, la più grande mai realizzata al mondo.
CYGNO04 è il proof of concept per un esperimento dedicato alla ricerca diretta di materia oscura leggera che propone un innovativo approccio tecnico e scientifico basato sulla capacità di determinare la direzione di provenienza delle particelle. Il suo cuore è rappresentato da una TPC gassosa, frutto di anni di lavoro di R&D, progettazione, costruzione e test da parte del gruppo CYGNO dei LNF.
CYGNO04 è costituito da un contenitore in PMMA (plexiglass) che ospita un catodo centrale tenuto a una tensione di circa -50 kV, due volumi di deriva da 200 litri ciascuno e sistemi di moltiplicazione a tripla GEM da 0,4 m² ciascuno. Il rivelatore utilizza una miscela di He/CF4 a pressione atmosferica che, in fase di moltiplicazione, produce fotoni con un’importante componente di lunghezza d’onda attorno ai 620nm, rivelabile con Silicon Active Pixel Sensors CMOS-based e fotomoltiplicatori (PMT). I primi, circa 60 milioni di pixel, permetteranno una ricostruzione delle tracce con una granularità spaziale effettiva di circa 135×135 μm² sul piano di lettura, mentre gli 8 PMT consentiranno di ricostruire la terza coordinata determinando lo sviluppo degli eventi nella direzione ortogonale al piano di lettura.
Durante il mese di luglio, i diversi componenti del rivelatore sono stati assemblati all’interno di una delle camere pulite dei laboratori di Frascati (Figura 1) per poi passare all’accensione e ai test dei vari sistemi elettronici. Superati i test di qualifica, il sistema è entrato in misura registrando le prime immagini di raggi cosmici e radioattività naturale visibili in Figura 2. Già da questi risultati preliminari si intravvedono le grandi potenzialità di questo rivelatore in grado di risolvere dettagli minuscoli fondamentali per le ricerche di materia oscura (Figura 3).
Dopo questo passo iniziale, la prossima tappa consisterà nell’installazione di CYGNO04 nella Sala F dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso, all’interno di una schermatura composta da rame, acqua e polietilene. Questa collocazione è indispensabile per schermare raggi cosmici e radioattività naturale e permettere al rivelatore di individuare segnali di materia oscura leggera e/o dei neutrini solari.
CYGNO è una collaborazione internazionale che comprende, oltre all’INFN, ricercatori dell’Università di Juiz de Fora e CBPF (Brasile), dell’Università di Coimbra (Portogallo) e i gruppi universitari di Sapienza Università di Roma e Università Roma Tre, il GSSI e i Laboratori Nazionali del Gran Sasso. Il gruppo di Frascati è una delle componenti principali della collaborazione, avendo ricoperto ruoli di grande responsabilità fin dalle fasi di ideazione e R&D per poi passare all’ottimizzazione, progettazione e realizzazione del detector. In particolare, i reparti di Progettazione Meccanica e di Sviluppo Rivelatori della Divisione Ricerca hanno dato un contributo cruciale permettendo di centrare questo importante obiettivo.
