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- ELETTRONICA OGGI 429 - LUGLIO/AGOSTO 2013
DSO
EDA/SW/T&M
Un oscilloscopio può vedere
i neutrini?
Q
ual è il posto più adatto per capire
meglio come funziona il nostro sole?
Un laboratorio sotterraneo dove un mani-
polo di scienziati lavora con oltre 1 km di
montagna sopra la testa, dove un comune
raggio di sole non potrà mai illuminare
alcunché. È uno degli innumerevoli e sor-
prendenti paradossi in cui si imbatte con-
frontando ciò che possono vedere i nostri
occhi e ciò che invece possono osservare
i mastodontici impianti inventati per rile-
vare le particelle subatomiche.Per i fisici
che studiano le astroparticelle e lemateria
oscura, i laboratori sotterranei costruiti
sotto il Gran Sasso sono uno dei migliori
punti di osservazione esistenti al mondo per catturare e ‘fotografare’
le particelle elementari provenienti dal sole o dal centro della terra,
in particolare quelle che sono capaci di attraversare senza problemi
le rocce, come ad esempio i neutrini e gli antineutrini, particelle neu-
tre con una massa piccolissima che interagiscono pochissimo con
gli altri costituenti della materia. Inoltre, il tunnel autostradale che
attraversa il Gran Sasso facilita enormemente la gestione logistica
di un laboratorio di fisica avanzato dove risulta così possibile realiz-
zare esperimenti che richiedono necessariamente apparecchiature
di grandi dimensioni e notevoli quantità di materiali di consumo.
Con Borexino si osservano i neutrini
Una delle macchine sperimentali di maggior successo realizzate
nei laboratori del Gran Sasso gestiti dall’INFN (Istituto Nazionale di
Fisica Nucleare) con la collaborazione di numerosi centri di ricerca
e università di tutto il mondo è Borexino, un esperimento originaria-
mente progettato per osservare i neutrini a bassa energia (inferiore
a 1 MeV) prodotti nel nucleo solare e che successivamente è uno
degli esperimenti che ha misurato i geoneutrini, ossia le antiparti-
celle dei neutrini provenienti dall’interno della Terra. Per osservare
gli elusivi neutrini, non solo è indispensabile schermare i rivelatori
collocandoli in luoghi sotterranei, dove le altre particelle prove-
nienti dal cosmo sono quasi completamente assorbite dalla roccia
sovrastante, ma è anche necessa-
rio ridurre al minimo la radioattività
naturale presente nella roccia e in
tutti i materiali costruttivi utilizzati
nel laboratorio, sia radio-purificando
l’ambiente che le emissioni radioatti-
ve. Borexino assomiglia a una gigan-
tesca “matrioska” di ben 18 m di dia-
metro, immersa in 2400 tonnellate
di acqua ultrapura. Al suo interno
vi è una sfera di acciaio contenente
1000 tonnellate di un idrocarburo
(lo pseudocumene) e, racchiuse in
una sfera di nylon più piccola, 300
tonnellate di liquido scintillatore. I
neutrini che transitano nella sfera contenente Borexino interagi-
scono con il liquido scintillatore e producono dei brevi lampi di
luce, che possono essere rilevati da una schiera di circa 2000
fotomoltiplicatori montati sulla superficie interna di Borexino. I
fotomoltiplicatori sono gli ‘occhi’ tecnologici ultrasensibili capaci
di vedere e ‘fotografare’ i lampi di luce prodotti dai neutrini tramite
una complessa catena di amplificazione, condizionamento, acquisi-
zione ed elaborazione elettronica dei segnali. In una giornata tipica,
sono solamente qualche decina i neutrini che vengono catturati e
fotografati da Borexino e la complessa elettronica di bordo serve
proprio per classificare e discriminare i vari eventi che avvengono
all’internodella ‘matrioska’, per distinguere lediversemanifestazioni
di luce dovute a neutrini e geoneutrini da quelli dovuti al rumore di
fondo causato dalla residua radioattività naturale che non si riesce
a schermare del tutto.
I risultati ottenuti da Borexino
Nei suoi circa sei anni di funzionamento attivo, Borexino ha già
misurato i flussi e l’energia di tre reazioni termonucleari nel Sole.
L’esperimento ha anche rivelato gli antineutrini (le antiparticelle del
neutrino) provenienti dall’interno della Terra, a cui si è dato il nome
di geoneutrini.
Gli antineutrini osservati nell’esperimento Borexino sono generati
A cura di Agilent Technologies
Nel laboratorio INFN del Gran Sasso
i ricercatori sono alla caccia di neutrini:
per mantenere in piena efficienza i più sofisticati
macchinari, anche i moderni oscilloscopi digitali
possono dare una mano
Fig. 1 - Lampi di luce nel liquido scintillatore generati duran-
te la calibrazione di Borexino
