INFN-LNF Laboratori Nazionali di Frascati
La fisica astroparticellare comprende un vasto campo di ricerca con esperimenti condotti principalmente senza acceleratori sulla radiazione cosmica, sui neutrini, sulla gravitazione e sulla meccanica quantistica.
Conseguentemente anche le tecniche utilizzate negli esperimenti sono molto eterogenee tra loro: si va dai laser all’utilizzo di materiali di bassa attività, dalla criogenia ai rivelatori di particelle utilizzati nelle altre linee di ricerca.
Gli esperimenti possono essere di piccole dimensioni (“table-top”) come estesi su superfici di km2, situati nello spazio o nelle profondità marine, nei laboratori sotterranei come nei ghiacci antartici.
La scoperta della radiazione cosmica risale al 1912 e per molti anni, prima dell’utilizzo degli acceleratori, ha permesso di studiare nuove particelle allora sconosciute (basti pensare al “positrone”, ovvero l’anti-elettrone).
Sebbene le ricerche nel campo della fisica astroparticellare siano articolate su più di un secolo, è ancora oggi un settore di ricerca prodigo di nuove ed emozionanti scoperte (basti pensare alla recente osservazione delle onde gravitazionali ad opera dell’esperimento LIGO), in cui l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare è impegnato da decenni. In particolare i ricercatori dei Laboratori Nazionali di Frascati si occupano di studi sui neutrini e di ricerca nello spazio.
Per maggiori approfondimenti:
http://home.infn.it/it/ sito ufficiale dell’INFN.
http://www.asimmetrie.it/ rivista dell’INFN, con alcune monografie sull’argomento.
QUAX
L’esperimento QUAX (QUest for AXions) cerca la presenza nella nostra galassia di ipotetiche particelle chiamate assioni le quali potrebbero costituirne la materia oscura.
SIMP
Molte delle domande che la fisica odierna si pone, dalla natura della materia oscura alle proprietà del vuoto quantistico, richiedono la rilevazione di segnali elettromagnetici di energia sotto il millielettronvolt (mille volte meno energetici della luce visibile) e di bassissima intensità, fino al limite del singolo fotone.
DarkSide
DarkSide è un esperimento che ha come obiettivo la rivelazione di particelle di materia oscura. L’esperimento è situato presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso e utilizza una TPC a doppia fase riempita con argon liquido depleto in 39Ar come rivelatore.
NAUTILUS (LNF)
Presso i laboratori di Frascati è stato in funzione dal 1995 al 2017 NAUTILUS, un rivelatore di onde gravitazionali costituito da una barra risonante di 2.3 ton di massa posta a una temperatura di soli 0.13 gradi al di sopra dello zero assoluto. Il rivelatore è stato progettato per rivelare onde gravitazionali emesse da sorgenti vicine di alta frequenza (intorno ad 1 kHz), come ad esempio i collassi gravitazionali con formazione di stelle di neutroni o buchi neri.
CUORE (LNGS)
CUORE è un esperimento di seconda generazione per la ricerca del decadimento doppio beta senza emissione di neutrini del 130Te. La sensibilità è tale da consentire di sondare la regione di massa del neutrino suggerita per la gerarchia inversa dai risultati dei più recenti esperimenti sulle oscillazioni di neutrino.
Jem-EUSO
JEM-EUSO è un progetto internazionale volto a realizzare un osservatorio di lunga durata nello spazio per lo studio e la rivelazione di Raggi Cosmici di Altissima Energia (UHECR) e neutrini con energie E > 100 EeV. Tramite lo studio della natura ed origine degli UHECR sono affrontati problemi di base nel campo della fisica fondamentale e dell’astrofisica delle alte energie.
CYGNO
CYGNO è un rivelatore in costruzione presso i Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN per la rivelazione di materia oscura e dei neutrini provenienti dal Sole. La sua caratteristica principale consiste nel poter vedere, come un telescopio, in una direzione determinata.
JUNO
JUNO è un esperimento progettato per la misura della gerarchia di massa dei neutrini, uno dei principali quesiti irrisolti nel campo della fisica delle particelle fondamentali. Situato vicino la città di Jiangmen, nella Repubblica Popolare Cinese, si trova a 50 km di distanza da due centrali nucleari che produrranno una potenza complessiva di 26.6 GW a partire dal 2020.
KM3NeT
KM3NeT è un’infrastruttura di ricerca in fase di installazione nelle profondità nel Mar Mediterraneo. L’infrastruttura ospita dei telescopi per neutrini composti da matrici di migliaia di sensori ottici in grado di vedere la debole luce Cerenkov generata dalla collisione dei neutrini con l’acqua delle profondità marine.
MoonLIGHT-2
La collaborazione MoonLIGHT-2 si propone di studiare la fisica della gravitazione misurando, mediante la tecnica del Laser Ranging (eventualmente accoppiato a misure di Microwave Ranging), la distanza tra la Terra e altri corpi celesti (nella fattispecie la Luna e Marte).
OPERA (LNGS)
I neutrini sono particelle fondamentali di massa molto piccola e carica elettrica nulla. In natura esistono in tre tipi e come conseguenza della meccanica quantistica possono oscillare da un tipo all’altro. L’esperimento OPERA, situato presso I laboratori sotterranei del Gran Sasso, è stato progettato per osservare direttamente l’oscillazione in neutrini tau dei neutrini mu del fascio CNGS, prodotto al CERN.
Wizard/PAMELA
WIZARD è un programma sperimentale dedicato allo studio dei Raggi Cosmici in un ampio intervallo di energie (da qualche decina di MeV a qualche centinaia di GeV) con particolare riguardo alle possibili segnature di Materia Oscura ed alla componente di Antimateria: positroni, antiprotoni e ricerca di antinuclei.
LIMADOU
CSES (China Seismo-Electromagnetic Satellite) – LIMADOU è un programma di missioni spaziali scientifiche dedicate al monitoraggio di onde e campi elettromagnetici, perturbazioni di plasma e particelle in atmosfera, ionosfera e magnetosfera indotte da sorgenti naturali e di origine antropocentrica, ed allo studio delle loro possibili correlazioni con eventi sismici.