Il metro cubo più freddo dell’Universo

Trasmetto un comunicato stampa inviatomi dalla redazione dell'Università di Milano-Bicocca:

Il criostato del Laboratorio Criogenico
dell'Università di Milano-Bicocca

L’esperimento CUORE (acronimo che sta per Cryogenic Underground Observatory for Rare Events), che si trova ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN, ha ottenuto un record mondiale portando una struttura di rame del volume di un metro cubo alla temperatura di 6 millikelvin: è la prima volta che un esperimento riesce a raggiungere una temperatura così prossima allo zero assoluto (0 Kelvin) con una massa ed un volume di questa entità. La struttura di rame così raffreddata, pari a circa 400 kg, è stata per 15 giorni il metro cubo più freddo dell’Universo.
CUORE è un esperimento ideato per studiare le proprietà dei neutrini che vede un’importante collaborazione internazionale tra 130 scienziati provenienti da 30 istituzioni in Italia, USA, Cina, Spagna e Francia, tra cui l'Università di Milano-Bicocca e l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, per il quale partecipano le sezioni di Milano-Bicocca, Bologna, Genova, Padova, Roma La sapienza, e i Laboratori Nazionali INFN del Gran Sasso, di Frascati e di Legnaro. La collaborazione è finalizzata alla realizzazione del sistema criogenico necessario per raffreddarne i rivelatori; in particolare, l’esperimento cerca un fenomeno raro, chiamato doppio decadimento beta senza emissione di neutrini. Rivelare questo processo consentirebbe non solo di determinare la massa dei neutrini, ma anche di dimostrare la loro eventuale natura di particelle di Majorana fornendo una possibile interpretazione dell’asimmetria tra materia e antimateria che caratterizza il nostro Universo. CUORE è progettato per lavorare in condizioni di ultrafreddo: è infatti composto da cristalli di tellurite impiegati come bolometri (rivelatori di radiazione) e progettati per funzionare a temperature di circa 10 millikelvin, cioè dieci millesimi di grado sopra lo zero assoluto. Una volta completato, CUORE sarà composto da 1000 cristalli di Tellurite e dovrà raffreddare una massa totale di quasi 2 tonnellate. Il rivelatore sarà inoltre schermato con circa 5 tonnellate di piombo romano.

Un componente dell’esperimento CUORE
nei Laboratori del Gran Sasso (INFN)

«Si tratta di un risultato importante che testimonia come la scienza italiana raggiunga un solido primato nella tecnologia del ultrafreddo grazie all’integrazione e alla collaborazione tra ricerca, università e aziende - commenta Carlo Bucci, ricercatore INFN e Spokesperson italiano di CUORE - La temperatura raggiunta nel criostato dell’esperimento, 6 millikelvin, equivale a -273,144 gradi centigradi, una temperatura vicinissima allo zero assoluto pari a -273,15 centigradi. Nessuno ha mai raffreddato a queste temperature una massa di materiale ed un volume simili».
«Il criostato di CUORE – spiega Angelo Nucciotti, docente di fisica nucleare dell’Università di Milano-Bicocca e responsabile della progettazione del criostato - è unico al mondo non solo per dimensioni e potenza refrigerante ma anche perché, grazie all’utilizzo di materiali appositamente selezionati e di speciali tecniche costruttive, garantisce che l’esperimento si svolga in un ambiente con bassissimi livelli di radioattività. Una volta completo, il rivelatore sarà racchiuso in una copertura di piombo antico di età romana, un materiale caratterizzato da una radioattività intrinseca estremamente bassa che fungerà da schermo».
Il raffreddamento è stato completato, per la prima volta, nel settembre 2014 da un team di ricerca internazionale guidato da Paolo Gorla dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso. Il sistema criogenico di CUORE è stato finanziato interamente dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e si basa su una tecnologia di frontiera chiamata “cryogen free” che evita l’impiego dell’elio liquido in quanto risorsa non rinnovabile. Questo eccezionale risultato è stato raggiunto a conclusione di quasi dieci anni di attività di progettazione, costruzione ed ottimizzazione del complesso apparato. Il coordinamento del team di ricerca che ha progettato il sistema criogenico è stato affidato all’Università di Milano-Bicocca.
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