La Nuova Ferrara

Ferrara C’è anche un contributo importante della ricerca ferrarese nel futuro della fisica delle particelle. Il gruppo congiunto dell’Università di Ferrara e della Sezione Infn di Ferrara è infatti impegnato in Dune (Deep Underground Neutrino Experiment), uno dei più ambiziosi esperimenti scientifici internazionali dedicati allo studio dei neutrini.

Chi c’era

Il 22 maggio, a Lead, in South Dakota, i membri senior del gruppo Unife-Infn hanno preso parte alla cerimonia di firma dei moduli d’acciaio del criostato del far detector, nell’ambito della riunione annuale di Dune. Per Unife erano presenti il professor Luca Tomassetti, responsabile locale del gruppo di ricerca, insieme ai docenti del Dipartimento di Fisica e Scienze della Terra Roberto Calabrese, Eleonora Luppi e Massimiliano Fiorini. Il giorno successivo la delegazione è scesa nelle sale sperimentali sotterranee situate a quasi un miglio di profondità.

Il luogo

L’esperimento Dune sorge presso il Surf (Sanford Underground Research Facility), ricavato all’interno della storica miniera di Homestake. Attiva dal 1876 al 2001, Homestake è stata una delle più profonde e longeve miniere d’oro del Nord America e ha rappresentato per oltre un secolo un luogo simbolo della storia mineraria statunitense. Oggi, quegli stessi pozzi verticali che un tempo portavano i minatori nelle profondità della terra vengono utilizzati per trasportare scienziate, scienziati e apparecchiature tecnologiche di altissima precisione. «È un luogo in cui la storia della scienza incontra una storia industriale e culturale molto forte – spiega Tomassetti –. La trasformazione di una miniera d’oro in un’infrastruttura di ricerca internazionale restituisce bene la scala e il significato scientifico di Dune».

Il contributo

Durante la cerimonia del 22 maggio, il gruppo ha apposto la propria firma su una trave d’acciaio prodotta dal Cern e arrivata in South Dakota come contributo internazionale alla costruzione dell’esperimento. La trave farà parte della struttura di supporto del criostato del primo modulo di Dune, progettato per contenere 17.000 tonnellate di argon liquido a una temperatura di circa -184 °C. Il criostato sarà uno degli elementi fondamentali del far detector: una grande infrastruttura tecnologica pensata per registrare i segnali estremamente rari prodotti dall’interazione dei neutrini con l’argon liquido. «Il rivelatore deve operare in condizioni molto complesse e con una sensibilità elevatissima – sottolinea Tomassetti –. L’argon liquido consente di osservare le tracce lasciate dalle particelle con grande precisione, ma richiede sistemi di controllo, calibrazione e lettura estremamente avanzati».

Viaggio nella miniera

Indossati caschi, lampade frontali e tute ad alta visibilità, la delegazione ferrarese è scesa nelle grandi caverne sotterranee, recentemente scavate e pronte per la fase di installazione dei rivelatori. La profondità dell’infrastruttura, con quasi 1.500 metri di roccia sovrastante, è essenziale per proteggere gli strumenti dalla radiazione cosmica che colpisce la superficie terrestre. Le dimensioni dello scavo sono imponenti: la caverna destinata a ospitare il rivelatore è lunga 145 metri, larga 20 metri e alta 28 metri, quanto un palazzo di sette piani. Per realizzarla sono state rimosse circa 800.000 tonnellate di roccia. «L’ambiente sotterraneo non è un dettaglio logistico, ma una condizione scientifica necessaria – chiarisce Tomassetti –. La schermatura naturale della roccia riduce il rumore di fondo e permette agli strumenti di registrare con maggiore affidabilità i segnali prodotti dai neutrini».

La ricerca

Il gruppo di ricerca ferrarese ricopre ruoli di rilievo tecnologico e di analisi all’interno della collaborazione internazionale Dune, lavorando su due fronti principali. Il primo riguarda il Near Detector Sand, presso il Fermilab, in Illinois. In questo ambito, il team ferrarese si occupa delle attività di ricostruzione, simulazione e calibrazione del calorimetro elettromagnetico, l’Ecal, oltre che delle operazioni di smontaggio e montaggio del magnete. Il secondo riguarda il Far Detector HD in South Dakota. Qui il gruppo è responsabile della caratterizzazione e del controllo qualità dei fotorivelatori, i SiPM, componenti chiave per registrare la luce di scintillazione prodotta dall’interazione dei neutrini nell’argon liquido. «Dune studierà un fascio di neutrini molto intenso, che viaggerà per circa 1.300 chilometri attraverso la crosta terrestre, dal Fermilab in Illinois fino al far detector in South Dakota – spiega Tomassetti –. Il gruppo di Ferrara contribuisce sia alle attività sul near detector sia allo sviluppo di componenti fondamentali per il far detector, in un lavoro che integra competenze di fisica, tecnologia, analisi dati e infrastrutture sperimentali».

Lavoro di squadra

L’attività scientifica a Lead rappresenta una tappa significativa di un lavoro di squadra. Oltre ai membri senior che hanno partecipato alla trasferta, il gruppo comprende le dottorande, i dottorandi e post-doc Anna Balboni, Riccardo D’Amico, Denise Casazza, Lorenzo Pierini, Christina Karagianni e Annalea Corallo. Fanno inoltre parte del gruppo il dottor Marco Guarise, il professor Sebastiano Fabio Schifano, i dottori Mirco Andreotti, Angelo Cotta Ramusino, Alessandro Saputi, Federico Evangelisti e Ilaria Neri. «Apporre la nostra firma su quelle strutture e scendere subito dopo nei laboratori sotterranei ha avuto per noi un forte valore scientifico e simbolico – commenta Tomassetti –. Il gruppo è orgoglioso di contribuire in prima linea a questa impresa scientifica globale, che mira a rispondere a domande fondamentali sull’origine della materia e sull’evoluzione dell’universo». 

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