NEMO: A caccia di neutrini negli abissi

NEMO, il NEutrino Mediterranean Observatory è un progetto italiano volto alla realizzazione di un telescopio per neutrini di origine astrofisica di alta energia (tra 10¹¹eV e 10¹⁷eV) a cui collaborano numerosi gruppi Italiani e sezioni dell'INFN ( Istituto Nazionale di Fisica Nucleare).

Il progetto prevede l'installazione di circa 6000 fotomoltiplicatori, disposti secondo un reticolo predefinito, in un sito abissale al largo di Capopassero (CATANIA). Sarà instrumentato un volume d'acqua dell'ordine del km³, rendendo possibile la rivelazione Cherenkov di neutrini astrofisici.

L'utilizzo di una tale quantità d'acqua è reso necessari dal fatto che i neutrini hanno una probabilità di interagire con la materia bassissima e quindi per poter rilevare delle collisioni si deve utilizzare una grandissima quantità di materiale bersaglio.

Lo studio dei neutrini di alta energia prodotti dagli oggetti celesti permette di ampliare l'intervallo delle energie accessibili, e quindi studiare il cosmo in modo complementare all'astrofisica tradizionale.

Essendo il progetto ambizioso e sotto molto punti di vista molto innovativo si è deciso di realizzare un progetto di test per affinare le tecnologie e le metodologie di sviluppo.

La fase 1, di test, è terminata nel 2007 con l'istallazione e la messa in opera di una "mini-torre" nel "test-site" di Catania, a 25km dalla costa e a 2000 m di profondità.

Durante questa fase è stato portato a termine anche il progetto Onde (Ocean Noise Detection Experiment) per monitorare il rumore acustico sottomarino. L'idea di un rivelatore acustico era motivata dal fatto che alcuni calcoli mostravano come l'interazione dei neutrini energetici con le molecole dovesse generare un debolissimo rumore. Poichè sott'acqua le onde sonore viaggiano più velocemente della luce, collocare dei rivelatori acustici in acqua poteva aumentare la possibilità di catturare le tracce dei neutrini.

I fisici di NEMO non avevano idea di quale suono avrebbe dominato nella profondità degli abissi, più di 1km sotto la superficie del Mediterraneo. I biologi marini garantivano che nelle acque profonde avrebbe dovuto regnare il silenzio. All'inizio del 2007 entrambi i gruppi di scienziati installarono 4 idrofoni ultrasensibili sul sito di NEMO: i dispositivi erano agganciati a un cavo che trasmetteva dati ad in PC che si trovava sul molo più vicino.

Durante l'analisi delle registrazioni gli scienziati hanno rilevato degli scoppiettii prodotti dai capodogli, che comprimono l'aria quando attraversa le loro cavità nasali. Sembra che questi "click" , tra i più potenti suoni prodotti da animali, aiutino i capodogli a valutare le profondità marine e a individuare la presenza di prede, proprio come gli ultrasuoni aiutano i pipistrelli ad orientarsi.

I ricercatori hanno anche registrato intere sequenze di suoni che le balene usano per comunicare tra loro. Dalle analisi svolte i ricercatori hanno così concluso che i capodogli sono molto più diffusi nel Mediterraneo di quanto altri studi avessero mostrato. Questa scoperta serendipita mostra come ambiti di ricerca anche molto distanti come la fisica dei neutrini e la biologia marina possano a volte trovare sinergie.  Un articolo de "Le scienze" riporta la notizia.

I ricercatori di NEMO si sono imbattuti in un'altra scoperta sorprendente: la presenza di vortici marini nel bacino chiuso del Mediterraneo, del tutto inattesa agli occhi degli oceanografi.

Per tutti questi motiv,i come descrive l'articolo del "Le scienze " a questo link , si sta pensando sempre più di utilizzare questi siti a grandi profondità per ospitare strumenti di ricerca di interesse di multidiscipline.

Tornando al progetto NEMO, La fase II, in corso, consiste nella realizzazione del rivelatore che al termine utilizzerà 80 torri alte 750 metri e occuperà un chilometro cubo di acqua marina.

Nel febbraio 2010 è stata calata dalla nave Certamen una torre alta circa 600 metri al largo della Sicilia. La torre è stata ancorata a circa 2000 metri di profondità nel corso di un'operazione durata 10 ore. Questa torre è tenuta in posizione da una boa di superficie ed è dotata di 80 sensori per rilevare i lampi prodotti dai neutrini per effetto Cherenkov.

Nel maggio del del 2014 è stata installata la seconda torre. Qui di seguito un video che ne descrive i dettagli.

Studi analoghi a quelli sviluppati dalla Collaborazione NEMO sono portati avanti dalle Collaborazioni NESTOR in grecia e ANTARES in Francia. L'esperimento ANTARES (Astronomy with a Neutrino Telescope and Abyss Environmental RESearch), completato nel Giugno 2008, è il primo telescopio per neutrini operativo nel Mediterraneo. L'apparato è costituito da 12 linee, disposte secondo una geometria ottagonale, con un'area di ~0.1km² e una sensibilità nell'intervallo 10¹²-10¹⁶ eV.

La futura generazione di telescopi Cherenkov è rappresentata da apparati dal volume dell'ordine di 1km³, così da estendere la capacità di rivelazione per neutrini di alta energia. L'obiettivo è realizzare, nell'emisfero Nord, un osservatorio complementare al telescopio IceCube, nei ghiacci dell'Antartide, in modo che le osservazioni dei due telescopi IceCube e KM3 offrano una completa visione del cielo.

Il video qui sotto mostra le infrastrutture del progetto Km3Net.