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__131591-1talk. 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.

Link identifier #identifier__166286-2Giuseppe Salamanna (Università degli Studi Roma Tre)
Diego Tagnani (INFN)
Link identifier #identifier__30479-3Hexi Shi (post-doc),

Dottorandi

Link identifier #identifier__38628-4Francesco Borra
Link identifier #identifier__43304-5Daniela Di Leo 

 

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)