Categoria: News

ET, l’Einstein Telescope, il progetto per il più grande e sensibile telescopio di onde gravitazionali mai realizzato, in grado di aprire orizzonti completamente nuovi nell’osservazione dell’universo, è stato incluso nel novero delle grandi infrastrutture di ricerca sulle quali l’Europa ha deciso di puntare nel prossimo futuro. ESFRI, lo European Strategy Forum for Research Infrastructure ha infatti approvato il progetto includendolo nell’aggiornamento 2021 della sua roadmap. La decisione, molto attesa dalla comunità scientifica internazionale delle onde gravitazionali, è stata presa dall’Assemblea di ESFRI, cui prendono parte i delegati dei Ministeri dei diversi Paesi, a valle di un lungo e accurato processo di valutazione. La candidatura di ET a ESFRI era stata sottomessa lo scorso 9 settembre dal MUR Ministero dell’Università e della Ricerca italiano a nome della collaborazione internazionale ET. L’Italia, infatti, in virtù della sua lunga e internazionalmente apprezzata tradizione scientifica e tecnologica nella rivelazione diretta delle onde gravitazionali, è capofila del progetto con l’INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, assieme ai Paesi Bassi con l’omologo istituto Nikhef. Per l’Italia partecipano a ET anche l’INAF Istituto Nazionale di Astrofisica, l’INGV Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, le Università di Cagliari e di Sassari.

“L’inclusione di ET nella Roadmap di ESFRI è un importante risultato che rafforza a livello europeo il progetto, sottolineandone il valore strategico”, commenta Antonio Zoccoli, presidente dell’INFN. “Metteremo il massimo impegno per il suo sviluppo, e per valorizzare il sito italiano candidato a ospitarlo. Siamo certi che con il sostegno del MUR, della Regione Sardegna, delle Istituzioni nazionali e locali, abbiamo ottime possibilità di raggiungere l’obiettivo, a beneficio del territorio e del Paese. Le grandi infrastrutture di ricerca portano, infatti, con sé risorse, sviluppo industriale, innovazione tecnologica, crescita economica, culturale e sociale, e leadership scientifica internazionale”.

“L’inserimento ufficiale dell’Einstein Telescope tra le grandi infrastrutture tecnologiche europee dell’ESFRI è un’ottima notizia” dichiara Marco Tavani, Presidente dell’INAF. “L’astrofisica del futuro sarà rivoluzionata dalla combinazione di ET e del formidabile insieme di strumentazione da terra e dallo spazio alla quale INAF ha accesso. Il nostro Istituto è in prima linea nel mettere a sistema le competenze di cui dispone per definire con gli altri partner gli aspetti scientifici e tecnologici del progetto, fiduciosi che trovi la sua collocazione nel sito italiano di Sos Enattos”. 

“Se la scelta dovesse ricadere su Sos Enattos – aggiunge Emilio Molinari, direttore dell’INAF di Cagliari – sarebbe un’ottima notizia per l’isola. ET si aggiungerebbe al Sardinia Radio Telescope dell’INAF rendendo la Sardegna un meraviglioso avamposto come pochi altri sul pianeta con il compito di scrutare le profondità del cosmo.”

L’approvazione ufficiale da parte di ESFRI porta l’Einstein Telescope verso una nuova fase. Le Istituzioni scientifiche coinvolte ora dovranno da un lato rafforzare il lavoro di ricerca e sviluppo del progetto scientifico e tecnologico, e dall’altro accelerare gli studi di caratterizzazione dei due siti candidati a ospitarlo, uno dei quali è in Italia, nella ex-miniera di Sos Enattos, nel nord-est della Sardegna.

“L’approvazione del progetto ET nella roadmap di ESFRI è motivo di soddisfazione, e segna l’inizio di un nuovo percorso cui sono chiamate a contribuire tutte le Istituzioni che hanno fornito sostegno alla proposta”, sottolinea Carlo Doglioni, presidente dell’INGV. “Diventa adesso prioritario coordinare gli sforzi dedicati alla caratterizzazione ambientale dei possibili luoghi dove realizzare l’ambizioso progetto: queste valutazioni saranno infatti decisive nella scelta fra i due siti attualmente candidati, di cui quello italiano, la miniera di Sos Enattos, in provincia di Nuoro, possiede caratteristiche molto favorevoli”, conclude Doglioni. 

Einstein Telescope è un ambizioso progetto per la realizzazione di un futuro osservatorio terrestre per le onde gravitazionali: un osservatorio pionieristico di terza generazione in grado di rivelare onde gravitazionali con una sensibilità che consentirà di esplorare una porzione di universo di gran lunga maggiore rispetto ad ora. Sarà un interferometro sotterraneo di forma triangolare con bracci lunghi 10 km, che utilizzerà tecnologie estremamente potenziate rispetto alle attuali. Lo studio di fattibilità di ET è stato sviluppato grazie a un finanziamento della Commissione Europea. Con il sostegno politico di Italia, Paesi Bassi, Belgio, Polonia e Spagna, il consorzio ET riunisce circa 40 istituti di ricerca e università in diversi Paesi europei, tra cui anche Francia, Germania, Ungheria, Norvegia, Svizzera e Regno Unito, e ha temporaneamente sede presso EGO, lo European Gravitational Observatory, il consorzio fondato dall’INFN e dal CNRS francese, con sede a Cascina, vicino a Pisa, che ospita l’attuale rivelatore europeo di onde gravitazionali Virgo, protagonista delle più recenti ed entusiasmanti scoperte in questo nuovo settore di ricerca della fisica fondamentale.

Per la realizzazione dell’infrastruttura di ET sono attualmente in fase di valutazione due siti: uno in Italia, in Sardegna, all’interno di una miniera dismessa, e l’Euregio Meuse-Reno, ai confini di Belgio, Germania e Paesi Bassi. La caratterizzazione dei due siti è in corso e una decisione sulla futura localizzazione di ET sarà presa entro settembre 2024. L’impegno assunto dal Ministero dell’Università e della Ricerca italiano a ospitare in Sardegna questa nuova infrastruttura è supportato da prestigiosi enti di ricerca e università nazionali, l’INFN, coordinatore del progetto, l’INAF, l’INGV, le Università di Cagliari e Sassari, e dalla Regione Sardegna che conferma il grande interesse per l’installazione di questa infrastruttura di ricerca avanzata nel territorio sardo. Al di là del grande valore scientifico e culturale, la realizzazione di ET nel Nuorese avrebbe un significativo impatto socio-economico per il territorio. Il nuovo rivelatore gravitazionale è un’opportunità di sviluppo unica nel suo genere: si tratta di un investimento infrastrutturale di almeno un miliardo e mezzo di euro, che coinvolgerà in fase di costruzione oltre 2.500 persone, e sul lungo termine sarà un grande polo scientifico di valore internazionale, destinato ad attrarre risorse da investire alla frontiera della scienza e della tecnologia, un motore di sviluppo, innovazione e crescita per la Sardegna, l’Italia e l’Europa intera.

ESFRI, il forum strategico europeo sulle infrastrutture di ricerca, è uno strumento per favorire l’integrazione scientifica in Europa, rafforzandone il suo raggio d’azione internazionale. L’accesso competitivo e aperto a infrastrutture di ricerca di alto livello supporta e valorizza la qualità delle attività degli scienziati europei e attrae i migliori ricercatori da tutto il mondo. ESFRI opera in prima linea nella politica scientifica europea e globale e contribuisce al suo sviluppo traducendo obiettivi strategici in consigli concreti per le infrastrutture di ricerca. La missione di ESFRI è, quindi, sostenere un approccio coerente al processo decisionale sulle infrastrutture di ricerca e facilitare le iniziative multilaterali per un loro migliore utilizzo e sviluppo a livello internazionale.

La Roadmap di ESFRI individua le più promettenti infrastrutture scientifiche europee sulla base di una approfondita procedura di valutazione e selezione, e include gli ESFRI Project, cioè nuove infrastrutture di ricerca in via di realizzazione, e gli ESFRI Landmark, ossia infrastrutture di ricerca già implementate con successo. Tutti i precedenti aggiornamenti della Roadmap di ESFRI si sono rivelati molto influenti e hanno fornito una guida strategica per gli investimenti degli Stati membri e dei Paesi associati, anche oltre l’ambito delle infrastrutture di ricerca. L’attenzione si concentra sulla capacità di fare rete delle infrastrutture di ricerca, sui loro collegamenti e rapporti, e sul concetto di scienza aperta, cioè accessibile. Tutto ciò richiede una collaborazione paneuropea e un approccio con una prospettiva globale.

Comunicato stampa a cura degli uffici stampa INFN, INAF e INGV

Riportiamo di seguito i commenti dei Presidenti di INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, INAF Istituto Nazionale di Astrofisica e INGV Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia in merito alla comunicazione della Regione Sardegna sulla decisione di includere il progetto internazionale Einstein Telescope nelle iniziative presentate dalla Regione nell’ambito del Recovery Fund.

“Accogliamo con grande positività la decisione comunicata dal Presidente Christian Solinas di includere ufficialmente il progetto ET Einstein Telescope nel piano di investimenti della Regione Sardegna nell’ambito del Recovery Fund”, commenta Antonio Zoccoli, presidente dell’INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, capofila del progetto scientifico internazionale assieme all’omologo istituto olandese Nikhef. “L’impegno della Regione Sardegna rafforza ulteriormente la candidatura del sito sardo di Sos Enattos a ospitare quello che ambisce a diventare il progetto europeo di punta nella ricerca delle onde gravitazionali: l’Italia, infatti, con l’INFN è capofila della collaborazione scientifica del progetto e attraverso il MUR Ministero dell’Università e della Ricerca ha presentato la candidatura di ET a ESFRI European Strategy Forum for Research Infrastructure, che tra pochi giorni dovrebbe decidere quali saranno le grandi infrastrutture di ricerca su cui l’Europa punterà nel prossimo futuro”. “Ospitare sul proprio territorio un’infrastruttura di ricerca di frontiera come l’Einstein Telescope è un’opportunità unica chei si offre, per il suo impatto non solo a livello scientifico, ma anche in termini di spinta all’innovazione tecnologica e allo sviluppo industriale, di afflusso di risorse e investimenti, con enormi effetti positivi a livello socio-economico, sia per il territorio sardo, sia per il Sistema Paese. Siamo convinti che con il sostegno delle istituzioni locali e nazionali l’Italia abbia grandi opportunità di avere successo in questa impresa”.

“L’Einstein Telescope è un progetto ambizioso per esplorare in dettaglio la fisica di oggetti compatti e affascinanti quali buchi neri e stelle di neutroni, espandendo la nuova finestra sul cosmo aperta da alcuni anni grazie alla prima osservazione delle onde gravitazionali”, dice Marco Tavani, presidente dell’INAF Istituto Nazionale di Astrofisica. “Catturando le fluttuazioni nel tessuto dello spazio-tempo prodotte da migliaia di colossali scontri tra questi corpi celesti dal campo gravitazionale estremamente intenso, la cui esistenza è predetta dalla relatività generale di Albert Einstein, potremo anche osservare fenomeni ancora sconosciuti e aprire così nuovi capitoli della fisica. Uno dei due siti candidati per ospitare questo esperimento è la Sardegna, regione già protagonista di progetti di avanguardia dell’astrofisica contemporanea in cui l’INAF è fortemente coinvolto. Sono davvero lieto che la Giunta regionale sarda abbia proposto l’inserimento di questa infrastruttura scientifica d’avanguardia, qualora venisse scelto il sito di Sos Enattos, tra quelle da finanziare con le risorse del Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza, mostrando una forte volontà di investire nella ricerca e nella cultura scientifica”.

“Il progetto Einstein Telescope – ET è un fiore all’occhiello della ricerca europea, che trova nell’individuazione del territorio sardo una localizzazione ideale grazie allo straordinario silenzio sismico e antropico che caratterizza la miniera di Sos Enattos, il sito candidato a ospitare ET”, afferma Carlo Doglioni, presidente dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV). “Le analisi sismologiche e geofisiche realizzate dall’INGV in questo ambiente davvero straordinario ci portano alla convinzione che la candidatura dell’Italia sia solida e motivata. La decisione della Regione Sardegna di includere ufficialmente il progetto ET nel piano di investimenti legati al “Recovery Fund” è quanto mai importante, poiché riconosce appieno il valore della ricerca scientifica e tecnologica non solo nei termini di ampliamento delle conoscenze, ma anche come volano di coinvolgimento e sviluppo sociale ed economico. Inoltre, va ricordata la collaborazione che ormai da alcuni anni lega tre dei maggiori centri di ricerca italiani a un progetto d’avanguardia quale ET; ci auguriamo che questa fruttuosa partecipazione, adesso rafforzata dal riconoscimento dell’Amministrazione Regionale Sarda, porti al successo della candidatura del sito di Sos Enattos”.  

Un nuova ricerca trainata dai ricercatori della sezione INFN di Cagliari svela l’esistenza di una possibile nuova forza della natura nella misura del momento magnetico anomalo del muone effettuata dalla collaborazione Muon g-2 al Fermilab.

Che in natura ci siano quattro forze fondamentali ci sembra un dato di fatto. Gravità, forza nucleare forte, forza elettrica e forza debole sono i capisaldi su cui i fisici costruiscono le teorie e gli esperimenti per indagare come è fatto il nostro universo. Eppure, la natura non smette mai di sorprenderci, e mette costantemente alla prova le nostre convinzioni.

Esiste una proprietà delle particelle, denominata “momento magnetico”, che è associata alle caratteristiche intrinseche dei costituenti infinitesimi della materia (si pensi alle particelle cariche come a delle trottole che a causa della rotazione generano un campo magnetico, a cui si può associare, appunto, un momento magnetico). Tale proprietà è stata predetta negli anni ’20 del secolo scorso, e i fisici hanno passato gli ultimi 90 anni a migliorare le misure per via di una discrepanza tra il valore predetto dalla teoria e quello trovato sperimentalmente.

Sembra che alcune particelle come i muoni, sfuggano alle leggi della meccanica quantistica e si comportino in maniera differente rispetto agli elettroni, ad esempio, particelle facenti parte della stessa famiglia (i leptoni). Si parla dunque di momento magnetico anomalo del muone, in virtù del fatto che la misura di questa quantità sembra essere in contrasto con le predizioni della meccanica quantistica. Quando le discrepanze sono significative, è legittimo pensare che esistano nuove leggi fondamentali che regolano i fenomeni naturali osservati, con annesse nuove particelle mediatrici della forza che si esercita durante l’interazione tra i costituenti fondamentali della materia. Tali particelle non sono previste dal modello standard – il vocabolario con il quale costruiamo il linguaggio della materia – ed è dunque necessario indagare a fondo nei meandri della teoria per ottenere una spiegazione convincente delle anomalie misurate dagli esperimenti.

Un nuovo lavoro di ricerca a firma della collaborazione tra i ricercatori Matteo Cadeddu (INFN di Cagliari), Francesca Dordei (INFN Cagliari), Nicola Cargioli (Università di Cagliari e INFN Cagliari), Carlo Giunti (INFN Torino) e Emmanuele Picciau (Università di Cagliari e INFN Cagliari), svela che la nuova misura del momento magnetico anomalo del muone effettuata dalla collaborazione “Muon g-2” al Fermilab, unitamente alle determinazioni della cosiddetta carica debole degli atomi di cesio e dei protoni, è compatibile con l’esistenza di un nuovo bosone mediatore, chiamato bosone Z oscuro, di una forza simile a quella elettrodebole. Il nuovo bosone interagisce con le particelle cariche elettricamente come il fotone e con la carica debole come il più noto bosone Z, ma in entrambi i casi l’interazione risulta decisamente più piccola rispetto a quella del modello standard delle particelle elementari.

Secondo gli autori, che vedranno presto pubblicato il lavoro nella rivista Physical Review D Letter [1], la discrepanza pari a 4.2 deviazioni standard tra la predizione teorica [2] e la nuova misura [3] della quantità nota con il nome di “momento magnetico anomalo del muone”, ha rafforzato la necessità di estendere il modello standard delle particelle elementari. Infatti questa discrepanza può essere spiegata invocando l’esistenza di nuovi mediatori molto pesanti e fortemente interagenti con le particelle note, oppure attraverso nuovi mediatori leggeri e poco interagenti con il nostro mondo [4].

In questa seconda categoria, il cosiddetto fotone oscuro, una versione pesante del più noto fotone, ha goduto di una popolarità crescente negli ultimi decenni che però è scemata negli ultimi anni a causa dei susseguenti vincoli sperimentali che hanno ridotto lo spazio dei parametri necessario affinché tale bosone rappresenti la spiegazione ultima per il momento magnetico anomalo del muone [5]. Tuttavia se il fotone oscuro si comportasse un po’ più similmente ad un’altra particella del modello standard, il bosone massivo Z, allora non solo darebbe luogo a nuovi fenomeni da esplorare sperimentalmente, ma inoltre aiuterebbe ad evadere alcuni dei vincoli sperimentali appena menzionati [6].

Gli autori hanno derivato dei limiti sul modello teorico del bosone Z oscuro combinando le informazioni sperimentali sul momento magnetico anomalo del muone [3], una rideterminazione di quello dell’elettrone [7], insieme alle misure sulla carica debole dei protoni [8] e del cesio [9] che sono sensibili agli effetti di violazione di parità. La misura sul cesio è stata poi rivisitata, traducendo la recentissima misura del raggio nucleare dei neutroni del piombo ad opera della collaborazione PREX [10] in una misura del raggio nucleare dei neutroni del cesio. L’analisi combinata suggerisce l’esistenza di un bosone Z oscuro con una massa di circa 50 MeV/c² (100 volte più massivo di un elettrone) e con un’interazione elettromagnetica circa 500 volte meno intensa di quella del fotone. Questo nuovo mediatore causerebbe un’interessante modifica del valore a basse energie del cosiddetto angolo di Weinberg [5, 11], un parametro fondamentale della teoria elettrodebole del modello standard. Misure più precise di questo parametro sono quindi fondamentali per questa ricerca.

A questo scopo, il futuro sembra roseo in quando due esperimenti, P2 [12] e MOLLER [13], si accingeranno a misurare la carica debole del protone e dell’elettrone. Questo, assieme agli aggiornamenti previsti sulla predizione teorica e sulla misura sperimentale di g-2 aiuteranno a fare luce su questa affascinante estensione del modello standard, confermando o rigettando la possibile esistenza di nuovi mediatori di forza leggeri.

Referenze

[1] Cadeddu et al., “Muon and electron g-2, proton and cesium weak charges implications on dark Zd models”, In pubblicazione come Lettera sulla rivista Physical Review D, https://arxiv.org/abs/2104.03280.

[2] T. Aoyama et al., “The anomalous magnetic moment of the muon in the Standard Model,” Phys. Rep. 887,1 (2020).

[3] B. Abi et al. (Muon g-2 Collaboration), “Measurement of the positive muon anomalous magnetic moment to 0.46 ppm,” Phys. Rev. Lett. 126, 141801 (2021). Vedi anche http://gallery.media.inaf.it/main.php/v/video/servizi/20210408-muon-g-2.mp4.html.

[4] P. Fayet, U-boson production in e+e− annihilations, ψ and Υ decays, and light dark matter Physical Review D 75, 115017 (2007); H. Davoudiasl, H.S. Lee, and W. J. Marciano “Dark Z implications for parity violation, rare meson decays, and Higgs physics,” Phys. Rev. D 85, 115019 (2012).

[5] J. P. Lees et al. (BaBar Collaboration), “Search for Invisible Decays of a Dark Photon Produced in e+e− Collisions at BaBar,”  Phys. Rev. Lett. 119, 131804. Vedi anche,”tace il lato oscuro della forza (elettromagnetica)”, https://www.media.inaf.it/2017/11/09/fotoni-oscuri-babar/.

[6] H. Davoudiasl, H.S. Lee, and W. J. Marciano, “Muon Anomaly and Dark Parity Violation,” Phys. Rev. Lett. 109, 031802 (2012) and Phys. Rev. D 92, 055005 (2015).

[7] L. Morel et al., “Determination of the fine-structure constant with an accuracy of 81 parts per trillion,” Nature 588, 61 (2020).

[8] D. Androic et al. (Qweak), “Precision measurement of the weak charge of the proton” Nature 557, 207 (2018).

[9] P. Zyla et al. (Particle Data Group), PTEP 2020, 083C01 (2020);  C. S. Wood et al, Science 275, 1759 (1997), J. Guena, M. Lintz, and M. A. Bouchiat, Phys. Rev. A 71, 042108 (2005). M. Cadeddu and F. Dordei, “Reinterpreting the weak mixing angle from atomic parity violation in view of the Cs neutron rms radius measurement from COHERENT,” Phys. Rev. D 99, 033010 (2019).

[10] D. Adhikari et al. (PREX Collaboration), “Accurate Determination of the Neutron Skin Thickness of 208Pb through Parity-Violation in Electron Scattering”, Phys. Rev. Lett. 126, 172502 (2021); Vedi anche Misurata la pelle di neutroni, https://www.media.inaf.it/2021/04/29/guscio-neutroni-piombo/

[11] J. Erler and  M. J. Ramsey-Musolf, “Weak mixing at low energies,” Phys. Rev. D 72 073003 (2005); J. Erler and R. Ferro.Hernández, “Weak mixing angle in the Thomson limit,” JHEP 03, 196 (2018).

[12] D. Becker et al., “The P2 experiment,” Eur. Phys. J. A 54, 208 (2018).

[13] J. Benesch et al, “The MOLLER Experiment: An Ultra-Precise Measurement of the Weak Mixing Angle Using Møller Scattering,” arXiv:1411.4088.

In occasione del Festival Scienza di Cagliari, ritorna il Premio Donna di Scienza.

Il concorso è organizzato dall’Associazione ScienzaSocietàScienza ed è rivolto a figure femminili che si sono distinte nella ricerca e/o in ambito lavorativo e che abbiano contribuito a dare prestigio e avanzamenti alla Sardegna in campo scientifico.

Oltre il premio Donna di Scienza, sarà assegnato, dall’Assessorato alle Pari Opportunità del Comune di Cagliari, il Premio Donna di Scienza Giovani alla più giovane e meritevole candidata ricercatrice cagliaritana. Infine, sarà assegnato, fuori concorso dalla giuria, il Premio Speciale Donna di Scienza rivolto a donne che, partendo da una formazione scientifica, si siano distinte nei percorsi accademici nell’imprenditoria scientifica, nella vita pubblica.

La scadenza per la presentazione delle domande è il 10 Settembre 2021. Tutte le informazioni sul seguente link:
https://www.festivalscienzacagliari.it/it/premio-donna-di-scienza-terza-edizione/

1. Separating 39Ar from 40Ar by cryogenic distillation with Aria for dark-matter searches

Agnes, P., Albergo, S., Albuquerque, I.F.M. et al.,  Eur. Phys. J. C 81, 359 (2021). 

https://link.springer.com/article/10.1140/epjc/s10052-021-09121-9

2. Measurement of isotopic separation of argon with the prototype of the cryogenic distillation plant Aria for dark matter searches

Aaron, E., Agnes, P., Ahmad, I. et al. Measurement of isotopic separation of argon with the prototype of the cryogenic distillation plant Aria for dark matter searches. Eur. Phys. J. C 83, 453 (2023).

https://link.springer.com/article/10.1140/epjc/s10052-023-11430-0

Il progetto, inaugurato nel Settembre del 2018, ha come obiettivo la costruzione di una colonna di distillazione per la produzione di isotopi stabili che trovano utilità in diversi ambiti di ricerca e applicazione. In particolare, uno di questi componenti, l’Argon-40, permetterà lo sviluppo di un’innovativa tecnica per la ricerca della materia oscura presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN nell’esperimento DarkSide. 

Quasi un secolo di osservazioni astronomiche hanno mostrato che la materia ordinaria e visibile costituisce solo una piccola frazione dell’universo. Esso risulta invece formato per la maggior parte da una componente di materia non visibile, detta materia oscura, e da una componente misteriosa di energia, detta energia oscura. 

La materia oscura costituisce circa il 25% del contenuto del nostro universo e la prova indiretta della sua esistenza è legata all’attrazione gravitazionale che essa esercita sulle stelle all’interno delle galassie o sulla sua influenza nella dinamica (gravitazionale) tra le galassie stesse. 
La peculiarità di questa misteriosa forma di materia è la sua invisibilità ai nostri telescopi, in quanto non emette luce (“oscura” ndr). Tutto ciò rende complicata la sua rivelazione diretta. 

Tutti gli esperimenti per la rivelazione diretta della materia oscura cercano di rivelare gli urti delle particelle di materia oscura sui nuclei del materiale-bersaglio del rivelatore.  
È in questa fase che entra in gioco il progetto ARIA che ha come obbiettivo quello di ottenere l’Argon-40 in forma estremamente pura, elemento chimico particolarmente stabile usato come materiale-bersaglio nell’esperimento DarkSide-20k. 

Nuraxi Figus: un sito ideale

L’infrastruttura per la produzione dell’Argon e degli altri elementi consisterà in una torre criogenica di distillazione alta 350 metri, che sarà installata nel Pozzo 1 dell’area di Seruci, Gonnesa (Carbonia).
La torre sarà costituita da 30 moduli collaudati al CERN, e poi trasportati nei cantieri di Nuraxi Figus.

Il primo prototipo, alto circa 26 metri, è già stato assemblato ed è entrato in funzione nell’estate del 2019. I moduli, assemblati in superficie per i primi test verranno successivamente installati all’interno del pozzo 1.

L’altezza e il diametro dei pozzi, la loro configurazione, con accessi multipli e sistemi di sicurezza integrati e, soprattutto, la disponibilità di una strada camionabile dalla superficie fino alla profondità di 500 metri, rappresentano condizioni ideali per l’installazione in sicurezza di un impianto che avrà dimensioni uniche al mondo.

Distillare l’Argon, si può!

La distillazione criogenica è il metodo più efficace per la produzione di isotopi stabili. In particolare, l’obbiettivo è quello di ottenere la purificazione dell’Argon-40, inizialmente prodotto dall’impianto Urania, in Colorado, USA, e trasportato in Sardegna per la sua ulteriore lavorazione. 

L’Argon è un componente gassoso presente nell’atmosfera e costituisce circa l’1% del suo volume totale. Quando i raggi cosmici colpiscono gli atomi di Argon nell’atmosfera, vengono prodotti vari isotopi e in varie concentrazioni (ricordiamo che gli isotopi di un elemento chimico sono atomi dello stesso elemento che differiscono solo per il numero di neutroni nel loro nucleo). In particolare, tra questi, viene prodotto l’Argon-39.
Quest ultimo, a differenza dell’Argon-40 che è stabile, decade attraverso processi radioattivi con tempi di dimezzamento dell’ordine del centinaio di anni. È presente solo in tracce nell’atmosfera (meno di un decimo di milionesimo di milionesimo del volume totale dell’atmosfera) e nell’aria che respiriamo.

La radioattività naturale di questo isotopo, che non rappresenta alcun pericolo per la salute dell’uomo, diventa però un problema negli esperimenti per la ricerca della materia oscura, dove si cerca di eliminare ogni fattore che possa inficiare le misure. In particolare nell’esperimento DarkSide, si cercano collisioni rare tra particelle che costituiscono la materia oscura e i nuclei degli atomi dell’Argon-40. L‘Argon-40 viene infatti utilizzato per la sua grande stabilità come mezzo per le collisioni e diventa necessario ottenerlo in grandi quantità e al massimo della purezza attraverso processi di distillazione, in modo tale da eliminare qualsiasi contaminazione derivata da ulteriori particelle dovute, ad esempio, ai decadimenti dell’Argon-39.

La sfida tecnologica del progetto è perciò quella di realizzare la più alta colonna di distillazione criogenica al mondo capare di purificare l’Argon-40 come richiesto dalle specifiche della collaborazione DarkSide-20k, nonché attuare una produzione massiva di isotopi stabili che trovano applicazioni dalla medicina, alla ricerca fondamentale nel campo della fisica delle particelle. 

DarkSide e la ricerca di materia oscura ai Laboratori INFN del Gran Sasso

I Laboratori del Gran Sasso sono all’avanguardia mondiale nella ricerca diretta della materia oscura: vi si svolgono, infatti, vari esperimenti, basati su diverse tecnologie, che hanno tutti come obiettivo quello di rivelare gli urti delle particelle di materia oscura sui nuclei del materiale-bersaglio del rivelatore.  
In particolare, il rivelatore DarkSide si basa sull’utilizzo dell’Argon-40 come mezzo di interazione: è costituito da una camera a proiezione temporale (Time Projection Chamber, TPC) bifasica, ad Argon liquido e gassoso. 
I risultati di un rivelatore prototipo in operazione presso i Laboratori sin dal 2013 hanno già raggiunto la sensibilità migliore al mondo per la ricerca di particelle di materia oscura di bassa massa. 

Il prossimo rivelatore, DarkSide-20k, è stato pensato per realizzare il programma più ambizioso di ricerca e scoperta della materia oscura. Entrerà in operazione nel 2022, e richiederà l’utilizzo di 120 tonnellate di argon processate dall’impianto ARIA. Quindi, il progetto ARIA svolge un ruolo fondamentale nella strategia di possibile scoperta della materia oscura tramite rivelatori ad Argon. L’unicità e le prospettive del progetto hanno permesso di riunire scienziati provenienti da tutto il mondo per formare un’unica collaborazione internazionale che raccoglie tutti i ricercatori che hanno finora sviluppato rivelatori ad argon per la materia oscura: è la Global Argon Dark Matter Collaboration, il cui primo passo è il programma DarkSide ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso.

Il progetto ARIA e le sue svariate applicazioni

Come sempre accade nella ricerca, dalla realizzazione di esperimenti per la comprensione dei fenomeni che ci circondano derivano svariate ricadute tecnologiche per applicazioni in diversi ambiti.
Tra queste, il progetto ARIA consentirà di realizzare studi pilota per la produzione degli isotopi stabili ⁷⁶Ge, ⁸²Se, e ¹³⁶Xe, di interesse per i programmi di ricerca sul neutrino svolti sempre ai Laboratori INFN del Gran Sasso.

Inoltre, ARIA con la collaborazione di INFN, Princeton, Università di Cagliari e Carbosulcis  permetterà la sperimentazione e lo sviluppo della nuova tecnologia per la successiva produzione su larga scala di isotopi stabili di interesse commerciale, come ¹³C, ¹⁵N, e ¹⁸O, che trovano impiego per esempio in medicina e hanno un mercato internazionale di grande rilievo.

Le miniere di carbone: una preziosa risorsa per la produzione della spirulina

Spirulina è il nome di una biomassa essiccata che si ricava dalla raccolta della cosiddetta “alga spirulina” (Arthrospira platensis). Negli ultimi anni la spirulina ha acquisito molta importanza come integratore e additivo alimentare. Inoltre può essere utilizzata anche come ingrediente complementare nei mangimi per l’acquacoltura.

La spirulina è coltivata commercialmente in grandi canali d’acqua all’aperto, tuttavia tali culture sono soggette alle fluttuazioni giornaliere della temperatura dell’acqua, che dipendono dalla posizione geografica, dalla stagione e dalla strategia di gestione. La temperatura costante, le condizioni alcaline elevate e l’irradiazione luminosa elevata sono i principali fattori ambientali che influenzano la produttività e la composizione della biomassa. Per questi motivi, è stata progettata e costruita un’ampia varietà di fotobioreattori che utilizza l’acqua geotermica pompata da miniere di carbone per riscaldare una cultura di spirulina al valore ottimale. Uno dei principali vantaggi di questo sistema di coltura è il miglior profilo di temperatura della cultura durante il giorno e durante l’anno che consente di prolungare il periodo di produzione.

Di seguito potete trovare alcuni riferimenti video e della carta stampata in cui si parla del progetto.

1. Presentazione del progetto ARIA presso il Rettorato dell’Università degli studi di Cagliari. Dal minuto 10:40 (circa) Il Professor Cristian Galbiati (Princeton University e GSSI) parla del progetto
   https://www.youtube.com/watch?v=pC46EaC9I0U 
   
2. Descrizione di ARIA (fonte sito Carbosulcis, partner del progetto)
   https://www.carbosulcis.eu/index.php?option=com_content&view=article&id=75&Itemid=278
   
3. TG3 Sardegna – Buongiorno Regione – RAI
   Novembre 2019 – Esperimento DarkSide: intervengono il premio nobel per la fisica Arthur McDonald e il Professor Cristian Galbiati della Princeton University, responsabile del progetto.
   Progetto ARIA: intervista a Walter Bonivento, ricercatore presso la sezione di Cagliari INFN e responsabile locale dell’esperimento e Alberto Masoni, direttore della sezione di Cagliari INFN.
   
4. Progetto ARIA: intervista al Professor Cristian Galbiati della Princeton University e responsabile del progetto e il Vice Ministro allo sviluppo economico Stefano Buffagni.
5. Articolo sul Progetto ARIA a cura della testata giornalistica Unione Sarda
   https://www.unionesarda.it/articolo/cultura/2019/11/16/progetto-aria-la-ricerca-scientifica-per-rilanciare-le-vecchie-ar-8-953486.html
   
6. Servizio sul Progetto ARIA a cura della rete televisiva Videolina
   https://www.videolina.it/articolo/tg/2020/08/14/carbosulcis_dalle_miniere_all_universo_il_futuro_si_chiama_aria-78-1049814.html
   
7. Articolo su rassegna stampa a cura di UNICA (Università degli studi di Cagliari)
   https://www.unica.it/unica/page/it/domenica_17_novembre_2019?contentId=RST202570
   
8. Articolo e video sulla visita della vice ambasciatrice degli Stati Uniti d’America presso il sito di Nuraxi Figus per il Progetto ARIA
   https://www.laprovinciadelsulcisiglesiente.com/wordpress/2018/03/la-vice-ambasciatrice-degli-stati-uniti-ha-visitato-la-carbosulcis-nellambito-del-progetto-aria/
   
9. Articolo sul Sole24Ore
   https://amp24-ilsole24ore-com.cdn.ampproject.org/c/s/amp24.ilsole24ore.com/pagina/AEXsury
   
10. Intervista a TGR Leonardo e al TG regionale RAI  14/4/2022
    https://wpress.ca.infn.it/wp-content/uploads/2022/05/aria.mp4
11. Materia oscura, distillato il primo argon nelle miniere della Carbosulcis. Il Presidente Solinas: “Straordinario risultato che conferma come la Sardegna sia il luogo ideale per gli investimenti in ricerca e alta tecnologia”.
    https://www.regione.sardegna.it/notizie/materia-oscura-distillato-il-primo-argon-nelle-miniere-della-carbosulcis-il-presidente-solinas-straordinario-risultato-che-conferma-come-la-sardegna-sia-il-luogo-ideale-per-gli-investimenti-in-ricerca-e-alta-tecnologia
    
    

COMUNICATO STAMPA FAMELAB 25/03/2020

FameLab, la scienza che non si ferma

Proclamati i vincitori in Sardegna

• 

• 

Si è concluso il 23 marzo il FameLab Sardegna, selezione regionale della competizione FameLab, il talent show internazionale per la divulgazione scientifica

Alla competizione regionale hanno partecipato 20 studentesse, studenti e ricercatori di discipline scientifiche da tutta l’isola che si sono confrontati durante le preselezioni nelle città di Sassari e Cagliari nel mese di febbraio. La finale regionale si sarebbe dovuta svolgere a Nuoro il 12 marzo, ma a causa dell’emergenza coronavirus gli organizzatori e i protagonisti hanno proseguito in modalità telematica. Nonostante tutte le difficoltà, si è giunti alla conclusione della gara e alla proclamazione dei vincitori.

Al primo posto si è classificato Giovanni Rivieccio (Università di Sassari), già vincitore della preselezione sassarese, con una brillante performance sulla diffusione di specie aliene che minacciano la biodiversità negli ecosistemi locali.

Seconda Alice Mulliri (Università di Cagliari e INFN Cagliari) che per tre minuti ha parlato delle ricerche e del sacrificio di Marie Curie.

Infine, Alessandro Loni (Università di Cagliari e INAF – OAC), che aveva vinto la preselezione di Cagliari, è arrivato al terzo posto con un talk sull’idrogeno presente nelle galassie e sulle possibilità che abbiamo di poterlo osservare.

I partecipanti dovevano illustrare un argomento scientifico in un talk di 3 minuti senza l’ausilio di slide o video, mentre l’uso di oggetti e strumenti musicali era consentito. Durante le preselezioni, oltre alla giuria tecnica, è stata coinvolta una giuria di studenti delle scuole superiori. Nella fase finale telematica i giovani ricercatori sono stati giudicati da una giuria scientifica.

Ne facevano parte il giornalista Mauro Scanu, l’astrofisico Gian Nicola Cabizza e la biologa Alessia Zurru, tutti con esperienza ultradecennale nell’ambito dell’educazione e della divulgazione della scienza. I giurati hanno valutato secondo il criterio delle tre “C”: contenuto, chiarezza e carisma.

I primi due classificati accedono alla masterclass in divulgazione con tutti i finalisti nazionali e alla finale nazionale, in programma a Trieste. Agli altri finalisti va il plauso degli organizzatori e dei giurati, per essersi messi alla prova in un contesto non certo semplice come quello attuale. Tutti sono stati molto abili nel dimostrare la propria passione per la scienza e la comunicazione. Questi i loro nomi: Davide Rozza (UNISS), Nassila Ghida (UNICA e EPAU, Algeri), Anna Giagu (UNISS), Valentina Ghiani (UNICA), Alex Chauvin (UNICA e INFN Cagliari).

Anche in tempi di grande difficoltà, la scienza in Sardegna non si ferma: questa è la notizia più importante.

I video di tutti i partecipanti saranno pubblicati sul canale youtube di FameLab Italia.

La selezione FameLab Sardegna è stata promossa e organizzata dalla sezione di Cagliari dell’INFN, dall’Università degli Stud di Sassari, dal Dipartimento di Fisica e PLS dell’Università degli Studi di Cagliari, dall’INAF – Osservatorio Astronomico di Cagliari, dal Comune di Nuoro e dal Consorzio universitario Nuorese, in collaborazione con PLS dell’Università di Sassari, Sardegna Teatro, CRS4, IDeAS e Laboratorio Scienza.

Ideato nel 2005 dal Cheltenham Science Festival, FameLab coinvolge oggi oltre 30 paesi in tutto il mondo e dal 2012 si svolge in Italia grazie alla collaborazione tra Psiquadro, coordinatore nazionale, e British Council Italia, l’ente culturale britannico che ne ha promosso la diffusione a livello globale.

Dal 2012 ad oggi FameLab Italia ha toccato 20 città e coinvolto oltre 900 giovani ricercatori grazie ad una collaborazione con più di 70 partner culturali tra Università, Istituti di Ricerca e enti pubblici, società di comunicazione della scienza, musei e media partner. 

FAMELAB 2020 ha coinvolto 15 città nelle quali sono stati selezionati i 22 finalisti che parteciperanno alla masterclass in comunicazione della scienza in vista della finale nazionale di Trieste e della finale internazionale di Cheltenham (UK).