LEGEND

“I neutrino sono l’anti-particella di se stessi?”

L’esperimento LEGEND-200 potrebbe rispondere a questa fondamentale
domanda.  Si tratta del nuovo esperimento in progettazione e che verrà costruito a breve ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso.
Il suo scopo è la ricerca del decadimento doppio beta senza neutrino (0ν2β), un processo rarissimo (vita media>10²⁶ anni),
ancora ipotetico, che potrebbe svelare la natura unica del neutrino tra le particelle elementari.
Questo Link identifier #identifier__113850-1talk. fornisce una visione d’insieme esaustiva, se avete voglia di saperne di più. LEGEND-200 userà l’isotopo di germanio 76 per stimolare questo decadimento rarissimo, scommettendo al contempo sulla propria capacità di abbattere essenzialmente a zero tutti i “rumori di fondo” ambientali!

Assieme ai colleghi dell’INFN di Roma Tre formiamo un nutrito gruppo che si concentra sulla misura e la calibrazione dell’energia di eventi nei rivelatori al Germanio e sul veto attivo contro il fondo, basato su argon liquido (LAr). In particolare, su quest’ultimo, ci occupiamo di:

Sistema di lettura dei SiPM del veto in LAr e soppressione di fondi da raggi cosmici: come Roma Tre abbiamo la responsabilità nell’esperimento di progettare, realizzare, testare e manutenere il sistema di lettura del segnale dei SiPM che ricevono la luce di scintillazione dell’argon per individuare eventi di fondo e vetarli. Vogliamo anche realizzare un sistema di “fast veto” per correlare segnali localizzati con la loro origine da muoni cosmici; e vetarli in tempo reale perché’ non vengano confusi per eventi nei germani.

Misure di riflettività dei materiali in argon:  la riflessione della luce di scintillazione su materiali quali germanio, silicio, rame calati nel bagno di argon liquido a 87 K non è ben nota, ma è importante conoscerla per modellare bene la raccolta di luce del sistema di veto. In collaborazione coi Lab Naz di Frascati, abbiamo sviluppato un set-up che misura la riflettività di tali materiali per fotoni nell’UV a vuoto (128 nm, dove scintilla l’argon liquido).

Risposta ottica del LAr: abbiamo  competenze locali su caratterizzazione di liquidi scintillatori in condizioni criogeniche. Vogliamo metterle a frutto per studiare la lunghezza di attenuazione e la purezza dell’argon liquido (T=87 K) che verrà usato in LEGEND. Siamo nella delicata fase di progettazione del criostato e del set-up, in stretta collaborazione con un esperto collega di Padova. Vogliamo fare misure di caratterizzazione e di R&D per LEGEND-1000, il prossimo passo per l’osservazione del  0ν2β, che seguirà. Nuovi “wavelength shifters”? Dopaggio con altri elementi nobili scintillanti per una migliore resa? Lo vogliamo investigare nei nostri laboratori.

Per LEGEND-1000, che sarà costruito e prenderà dati nei prossimi anni, stiamo progettando il veto contro i neutroni ambientali e cosmogenici, costituito da varie tonnellate di polimeri schermati e strumentazione a stato solido che effettueranno il veto attivo in argon liquido. Questo è essenziale per raggiungere la sensibilità al doppio beta senza neutrini in presenza di raggi cosmici residui al Gran Sasso.

Gruppo:

Link identifier #identifier__92293-2Giuseppe Salamanna (Università degli Studi Roma Tre), Valerio D’Andrea (INFN), Diego Tagnani (INFN), CJ Barton (post-doc), Hexi Shi (post-doc), Link identifier #identifier__87240-3Francesco Borra (dottorando).

 

Argomenti di tesi triennale:

• Comprensione della scintillazione in argon liquid: componenti di singoletto e tripletto e l’effetto di quenching delle impurezze (simulazione)
• Stima delle potenzialità di scoperta del 0ν2β di LEGEND in varii scenari di fondo (simulazione)

Argomenti di tesi magistrale:

• Simulazione di fondi cosmogenici per lo sviluppo di un “fast veto” (e rilevante elettronica) (simulazione/elettronica)
• Misure di riflettività di Ge, Cu, Si in VUV con luce di sincrotrone (laboratorio)

Argomenti di tesi di dottorato:

• Costruzione del set-up, caratterizzazione ottica del LAr e R&D per LEGEND-1000 (hardware)
• Analisi dei dati di calibrazione, stima dei fondi con correlate efficienza di veto, primo round di ricerca del 0ν2β (analisi)