A caccia di neutrini

7. Super-KAMIOKA Nucleon Decay Experiment

di L. Benussi, F. Toti Lombardozzi, A.Venturelli

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...or Neutrino Detection Experiment in Giappone, nella miniera dismessa di Kamioka, per scoprire la massa dei neutrini.

Obiettivo di Superkamiokande: contare i neutrini atmosferici, che si formano per azione della radiazione cosmica, e vedere se sono nella quantità aspettata.

Quando i raggi cosmici colpiscono gli atomi dell'atmosfera generano sciami di particelle secondarie dal cui decadimento vengono prodotti neutrini elettronici (νμ) e neutrini muonici (νe). Al rivelatore arrivano νe+, νe-, νμ+, νμ-.

Nel 1998 gli scienziati della collaborazione SuperKamiokande hanno dichiarato di aver osservato l’oscillazione di neutrini muonici. L’indicazione dell’oscillazione era data dalla misura di un flusso ridotto di νμ atmosferici provenienti dagli antipodi rispetto al rivelatore.

Questi neutrini prima di arrivare al rivelatore hanno percorso circa 13.000 km contro i 10 km di quelli provenienti da sopra rispetto al rivelatore (fig. a destra).

I dati di SuperKamiokande danno un rapporto di 1:2 fra i primi e i secondi. Mentre il flusso di νe è, invece, quello previsto, da qualsiasi direzione provengano. L’ipotesi plausibile è che si sia verificata un'oscillazione νμ → ντ , in particolare il 50% circa dei νμ si sarebbe trasformata in ντ (neutrini tau ).

ScienzaPerTutti_appearance_disapp fonte immagine: ishtar.df.unibo.it

Il rivelatore Superkamiokande è costituito da un gigantesco serbatoio di acciaio, situato a 1 chilometro di profondità all’interno del monte Ikena Yama delle Alpi giapponesi, contenente 50.000 tonnellate di acqua purissima. Le pareti del serbatotoio sono letteralmente tappezzate da 11.146 fotomoltiplicatori (MPT) di 50 cm di diametro ciascuno.

I neutrini che attraversano il rivelatore e interagiscono con gli elettroni degli atomi dell’acqua determinando l’emissione di un cono di luce bluastra per effetto Cherenkov (luce o radiazione Cherenkov), che viene rilevato dai MPT. I PMT misurano l’intensità, il tempo d’arrivo e la direzione dei lampi di luce, consentendo di calcolare l’energia e la direzione di provenienza dei neutrini. Il team di Superkamiokande ha analizzato 4700 interazioni neutriniche, in un periodo di 537 giorni, e ha trovato i dati coerenti con l’ipotesi dell’oscillazione. Che i neutrini oscillino é stato dimostrato da altri due esperimenti giapponesi: Kamland e K2k .

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