Progetto del previsto telescopio per neutrini P-ONE nell'Oceano Pacifico (a sinistra). Il telescopio avrà una struttura modulare e consisterà di sette segmenti rivelatori identici (a destra), il primo dei quali sarà installato nel 2023/24. Attestazione:Elisa Resconi / TUM
L'osservatorio di neutrini "IceCube" nelle profondità del ghiaccio del Polo Sud ha già portato nuove spettacolari intuizioni su incidenti cosmici di energie estremamente elevate. Per indagare le origini cosmiche delle particelle elementari con energie ancora più elevate, La prof.ssa Elisa Resconi dell'Università tecnica di Monaco (TUM) ha ora avviato un'iniziativa internazionale per costruire un telescopio per neutrini di diversi chilometri cubi nel Pacifico nord-orientale.
Gli astronomi osservano la luce che ci arriva da oggetti celesti lontani per esplorare l'Universo. Però, la luce non ci dice molto sugli eventi a più alta energia oltre la nostra Galassia, come i getti dei nuclei galattici attivi, lampi di raggi gamma o supernove, perché i fotoni nella gamma superiore dei raggi gamma perdono le loro energie estreme nel loro lungo cammino attraverso l'Universo attraverso l'interazione con altre particelle.
Proprio come la luce, i neutrini attraversano lo spazio alla velocità della luce (quasi) ma interagiscono molto raramente con altre particelle. Mantengono la loro energia e direzione, che li rende messaggeri unici dell'universo energetico più elevato.
Messaggero di lontani eventi cosmici
Dal 2013, quando l'Osservatorio dei neutrini IceCube ha rilevato per la prima volta neutrini extragalattici, gli astrofisici si sono sforzati di capire da quali fonti cosmiche provengono e quale meccanismo fisico li ha accelerati a energie così estreme.
Però, per risolvere l'enigma, sono necessari più rivelatori con volumi ancora maggiori di quelli dell'Osservatorio IceCube di dimensioni di un chilometro cubo. Poiché i neutrini non possono essere osservati direttamente, solo attraverso la radiazione Cherenkov, i rivelatori devono essere posizionati nel ghiaccio o nell'acqua.
A bordo del John P. Tully un team di Ocean Networks Canada si sta preparando ad ancorare l'esperimento di esplorazione STRAW per il previsto telescopio per neutrini P-ONE nel bacino della Cascadia nell'Oceano Pacifico (estate 2018). Credito:Ocean Networks Canada
Iniziativa per un nuovo telescopio per neutrini nel Pacifico
Prof.ssa Elisa Resconi, portavoce del Collaborative Research Center 1258 e della cattedra Liesel-Beckmann per la fisica sperimentale con le particelle cosmiche al TUM, ha ora avviato un'iniziativa internazionale per un nuovo telescopio per neutrini situato nell'Oceano Pacifico al largo delle coste del Canada:il Pacific Ocean Neutrino Experiment (P-ONE).
Per quello scopo, Resconi ha collaborato con una struttura dell'Università di Victoria, Ocean Networks Canada (ONC), uno dei più grandi e avanzati osservatori oceanici cablati al mondo.
Condizioni ideali per un osservatorio di neutrini
Per P-ONE è stato selezionato il nodo della rete ONC nel bacino della Cascadia a una profondità di 2660 metri. L'estesa pianura abissale offre le condizioni ideali per un osservatorio di neutrini di diversi chilometri cubi.
Nell'estate 2018 L'ONC ha ancorato un primo esperimento esploratore nel bacino della Cascadia:l'esperimento STRAW (Strings for Absorption length in water), due stringhe lunghe 140 metri dotate di emettitori di luce e sensori per determinare l'attenuazione della luce nell'acqua dell'oceano, un parametro cruciale per la progettazione di P-ONE. A settembre 2020, STRAW-b verrà installato, un cavo in acciaio di 500 m con rilevatori aggiuntivi. Entrambi gli esperimenti sono stati sviluppati e costruiti dal gruppo di ricerca di Resconi presso il Dipartimento di Fisica TUM.
Tre dei dieci moduli rivelatori dell'esperimento Pathfinder STRAW-b che esplorano il bacino della Cascadia nell'Oceano Pacifico in preparazione del previsto telescopio per neutrini P-ONE. I moduli saranno sospesi da un cavo d'acciaio lungo 500 metri che sarà ancorato sul fondale a una profondità di 2, 660 metri fine settembre 2020. Contengono sensori che misureranno le temperature, correnti e bioluminescenza nelle profondità marine, tra l'altro. Una particolarità dei moduli:contengono opere d'arte di giovani artisti internazionali che creano una connessione tra la terra e il mare profondo e trasformano così l'esperimento esploratore in una mostra subacquea unica. Credito:Simon Freund
Prossimi passi nel 2023/24
Il primo segmento di P-ONE, l'esploratore di neutrini dell'Oceano Pacifico, un anello con sette stringhe lunghe 1000 metri con 20 rilevatori ciascuna, è previsto per essere installato nella stagione operativa marittima dell'ONC nel 2023/24 in collaborazione con varie università canadesi.
"I neutrini astrofisici hanno sbloccato un nuovo potenziale per far avanzare significativamente la nostra conoscenza dell'universo estremo, "dice Darren Grant, professore alla Michigan State University (USA), e portavoce della collaborazione IceCube. "P-ONE rappresenta un'opportunità unica per dimostrare la distribuzione di un rivelatore di neutrini su larga scala nelle profondità oceaniche, un passo fondamentale verso il raggiungimento dell'obiettivo di un osservatorio di neutrini connesso a livello globale che fornirebbe la massima sensibilità per tutto il cielo a questi messaggeri cosmici ideali".
Elisa Resconi anticipa P-ONE con i suoi sette segmenti da completare entro la fine del decennio. "L'esperimento sarà quindi perfettamente attrezzato per scoprire la provenienza dei neutrini extragalattici, "dice Resconi, "ma per di più, i neutrini ad alta energia hanno anche il potenziale per rivelare la natura della materia oscura".
Il progetto P-ONE comprende l'Università tecnica di Monaco (Germania), Università di Victoria e Ocean Networks Canada, Università dell'Alberta, Queen's University, Simon Fraser University (tutto il Canada), Università statale del Michigan (Stati Uniti), Osservatorio Europeo Meridionale, Università Goethe di Francoforte, GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Darmstadt, e Max Planck Institute for Physics (tutta la Germania).
Il progetto riceve il sostegno di Ocean Networks Canada, un'iniziativa dell'Università di Victoria finanziata in parte dalla Canada Foundation for Innovation. Questo lavoro è finanziato dalla Fondazione tedesca per la ricerca (DFG) attraverso la sovvenzione SFB 1258 "Neutrinos and Dark Matter in Astro- and Particle Physics" e il cluster di eccellenza "Origin and Structure of the Universe".
Una particolarità dei moduli:contengono opere d'arte di giovani artisti internazionali che creano una connessione tra la terra e il mare profondo e trasformano così l'esperimento esploratore in una mostra subacquea unica.
