Utente:Mauro.mezzetto/JUNO (Jiangmen Underground Neutrino Observatory)

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JUNO (Jiangmen Underground Neutrino Observatory) è un esperimento di oscillazione di neutrini ai reattori nucleari [1] [2] in costruzione a Kaiping, Jiangmen, nella provincia di Guangdong, nel sud della Cina . Lo scopo è determinare la gerarchia della massa dei neutrini, ovvero se l'autostato di massa ν1 è il piú pesante o il piú leggero dei tre autostati di massa (si veda anche oscillazione di neutrini) ed eseguire misurazioni di precisione degli elementi della matrice Pontecorvo–Maki–Nakagawa–Sakata. La collaborazione è stata costituita nel luglio 2014 [3][4] e la costruzione è iniziata il 10 gennaio 2015.[5] Il finanziamento è fornito principalmente dall’Accademia cinese delle scienze, ma la collaborazione è internazionale e conta piu' di 750 collaboratori da 75 istituti in 17 nazioni. La collaborazione italiana e' finanziata dall'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. JUNO dovrebbe essere completato entro la fine del 2024 ed iniziare la presa dati nel 2025. [6]

Progettato come seguito dell'esperimento sui neutrini Daya Bay (col nome Daya Bay II[7]), originariamente doveva essere situato nella stessa area, ma la costruzione di un terzo reattore nucleare (la centrale nucleare di Lufeng ) in quella regione avrebbe reso impossibile l'esperimento, che richiede una distanza fissa da tutti i reattori nucleari vicini. JUNO e' stato quindi installato ad ovest di Daya-Bay, nella città di Jingji, Kaiping, Jiangmen [8] che si trova a 53 km da entrambe le centrali nucleari di Yangjiang e Taishan.

Rivelatore[modifica | modifica wikitesto]

Il rilevatore principale[9] è costituito da una sfera di materiale acrilico trasparente di 35,4 metri di diametro, contenente 20.000 tonnellate di scintillatore liquido (alchilbenzenico lineare), circondato da una struttura in acciaio inossidabile che supporta circa 53.000 tubi fotomoltiplicatori (17.000 da 20 pollici (51 cm) di diametro e 36.000 da 3 pollici (7,6 cm), questi ultimi disposti a riempire gli spazi fra i fototubi piu' grandi), immersi in una piscina d'acqua dotata di 2000 tubi fotomoltiplicatori aggiuntivi come veto muonico [9]. Test dell'elettronica di lettura sono stati condotti alla stessa profondità in cui opererà nell'esperimento [10]. JUNO e' montato sottoterra ad una profondita' diicirca 700 m e sarà in grado di rivelare i neutrini emessi dai reattori nucleari con un'eccellente risoluzione energetica[11]. La costruzione sotterranea si rende necessaria per abbattere il fondo generato dai muoni di origine cosmica.

JUNO e' costruito ad una distanza dai reattori molto maggiore di Daya-Bay (53 km rispetto a meno di 2 km), perche' in questo modo e' in grado di misurare sia le oscillazioni caratteristiche dei neutrini soloari, che quelle dei neutrini atmosferici, solo in questo arrangiamento e' possibile misurare gli effetti indotti dalla gerarchia di massa dei neutrini, prinicpale scopo dell'esperimento (l'idea concettuale di questa misura risale al 2003[12]). Questa configurazione richiede però un rivelatore molto piu' grande di quelli di Daya-Bay (20.000 tonnellate verso 20 tonnellate) costruito ad una profondita' maggiore per essere meglio schermato dai fondi dei muoni cosmici.

TAO

Il Taishan Antineutrino Observatory (TAO, conosciuto anche come JUNO-TAO)[13] e' un esperimento satellite di JUNO.

E' composto da un rivelatore di circa una tonellata di scintillatore liquido posto a circa 30 m da un nucleo dell'impianto nucleare di Taishan.

Il suo scopo sara' di misurare lo spettro degli antineutrini emessi dal reattore con una precisione migliore dell'1%, per fornire uno spettro dei neutrini non oscillati e una misura di riferimento per verificare i database di reazioni nucleari. E' composto da un contenitore sferico in acrilico contenente 2.8 ton di scintillatore liquido dopato con gadolinio, la luce di scintillazione verra' rivelata da 10 m2 di Silicon Photomultipliers (SiPMs) con una efficienza di rivelazione di fotoni migliore del 50% e una pressoche' totale copertura della superficie sferica. Il rivelatore operera' ad una temperatura di -50 gradi C per abbassare ad un livello accettabile il rumore di fondo dei SiPMs. Il rivelatoresarà in grado i rivelare circa 2000 antineutrini al giorno, ed e' progettato per essere ben schermato da fondi di origine cosmica e dalla radioattivita' naturale, per raggiungere un rapporto segnale-rumore di almeno 10.

Fisica[modifica | modifica wikitesto]

Probabilità di oscillazione prevista degli antineutrini elettronici (in nero) che oscillano negli antineutrini muonici (blu) o tau (rossi), in funzione della distanza dalla sorgente. Gli esperimenti esistenti a base breve misurano il primo piccolo calo nella curva nera a 500 km/GeV; JUNO osserverà il grande calo a 16000 km/GeV. Per neutrini del reattore con un'energia di ≈3 MeV, le distanze sono ≈1,5 km e ≈50 km, rispettivamente. Questo grafico è calcolato sulla base dei valori attuali dei parametri di oscillazione; la misura sperimentale di JUNO permetterà una migliore determinazione dei parametri effettivi.

L'approccio principale del rivelatore JUNO nella misurazione delle oscillazioni dei neutrini è l'osservazione di antineutrini dell'elettrone (νe) generati da due centrali nucleari a circa 53 km di distanza. [14] Poiché il tasso atteso di neutrini che raggiungono il rivelatore è noto dai processi nei reattori nucleari, la misura precisa dello spettro energetico dei neutrini in JUNO puo' permettere di misurare i parametri delle oscillazioni atmosferiche e solari. Dall'interferenza di queste due oscillazioni è possibile misurare la gerarchia di massa dei neutrini (ovvero se l'autostato di massa ν1 è il piú pesante o il piú leggero dei tre autostati di massa), con una sensibilitá di circa 3σ, ma anche misurare i parametri di oscillazione con una precisione dell'1%, migliorando di quasi un ordine di grandezza la precisione sperimentale attuale.[15][16]


Sebbene non sia l'obiettivo principale, JUNO sará un eccellente osservatorio di neutrini a bassa energia, in grado di misurare neutrini atmosferici[17], neutrini solari[18], geoneutrini, neutrini delle supernovae[19] ed in grado di misurare vari canali di decadimento del protone[20].

Riferimenti[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ E. Ciuffoli, et al., Neutrino mass hierarchy from nuclear reactor experiments, in Physical Review D, vol. 88, n. 3, 2013, DOI:10.1103/PhysRevD.88.033017.
  2. ^ Yu-Feng Li, Jun Cao e Yifang Wang, Unambiguous determination of the neutrino mass hierarchy using reactor neutrinos, in Physical Review D, vol. 88, n. 1, 2013, DOI:10.1103/physrevd.88.013008.
  3. ^ JUNO International Collaboration established.
  4. ^ Nasce Juno, un gigante sotterraneo per catturare neutrini, su asimmetrie.it.
  5. ^ Interactions.org, Groundbreaking at JUNO, in https://www.interactions.org/node/12510, 2015.
  6. ^ G. Conroy, China’s giant underground neutrino lab prepares to probe cosmic mysteries, in Nature, 2024 (archiviato dall'originale).
  7. ^ Y. Wang, Daya Bay II：A multi-purpose LS-based experiment (PDF), in XV International Workshop Neutrino Telescopes, Venezia, 11-15 Marzo 2013, https://agenda.infn.it/event/5268/contributions/57733/attachments/41449/49245/DYBII-NeuTel.pdf.
  8. ^ Interactions.org, Groundbreaking at JUNO, in https://www.interactions.org/node/12510, 2015.
  9. ^ a b JUNO Collaboration, JUNO physics and detector, in Progress in Particle and Nuclear Physics, vol. 123, 2022, pp. 103927, DOI:10.1016/j.ppnp.2021.103927.
  10. ^ M. Massicci, In piscina per testare l’elettronica di JUNO, in Asimmetrie.org, 2021 (archiviato dall'originale).
  11. ^ Yu-Feng Li, Jun Cao e Yifang Wang, Unambiguous determination of the neutrino mass hierarchy using reactor neutrinos, in Physical Review D, vol. 88, n. 1, 16 luglio 2013, DOI:10.1103/physrevd.88.013008.
  12. ^ Sandhya Choubey, S. T. Petcov e M. Piai, Precision neutrino oscillation physics with an intermediate baseline reactor neutrino experiment, in Physical Review D, vol. 68, n. 11, 2003, pp. 113006, DOI:10.1103/PhysRevD.68.113006.
  13. ^ Juno Collaboration, TAO Conceptual Design Report: A Precision Measurement of the Reactor Antineutrino Spectrum with Sub-percent Energy Resolution, in arXiv, vol. 2005.08745.
  14. ^ JUNO at IHEP, http://english.ihep.cas.cn/rs/fs/juno0815/ATEjuno/201309/t20130912_109433.html. URL consultato il 12 gennaio 2015.
  15. ^ Fengpeng An, et al., Neutrino physics with JUNO, in Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics, vol. 43, n. 3, 2016, pp. 030401, DOI:10.1088/0954-3899/43/3/030401.
  16. ^ A. Abusleme, et al., Sub-percent precision measurement of neutrino oscillation parameters with JUNO*, in Chinese Physics C, vol. 46, n. 12, 2022, pp. 123001, DOI:10.1088/1674-1137/ac8bc9.
  17. ^ A. Abusleme, et al., JUNO sensitivity to low energy atmospheric neutrino spectra, in The European Physical Journal C, vol. 81, n. 10, 2021, pp. 887, DOI:10.1140/epjc/s10052-021-09565-z.
  18. ^ A. Abusleme, et al., Feasibility and physics potential of detecting 8B solar neutrinos at JUNO *, in Chinese Physics C, vol. 45, n. 2, 2021, pp. 023004, DOI:10.1088/1674-1137/abd92a.
  19. ^ A. Abusleme, et al., Prospects for detecting the diffuse supernova neutrino background with JUNO, in Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, vol. 2022, n. 10, 2022, pp. 033, DOI:10.1088/1475-7516/2022/10/033.
  20. ^ A. Abusleme, et al., JUNO sensitivity on proton decay p → νK searches*, in Chinese Physics C, vol. 47, n. 11, 2023, pp. 113002, DOI:10.1088/1674-1137/ace9c6.

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