Discussione:Borexino

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«Borexino» tratta da Teknopedia in inglese.
La versione tradotta è la numero 314230655 del 16-11-2009. Consulta la cronologia della pagina originale per conoscere l'elenco degli autori.

^musaz † 18:17, 28 set 2010 (CEST)[rispondi]

Gentili utenti,

ho appena modificato 1 collegamento/i esterno/i sulla pagina Borexino. Per cortesia controllate la mia modifica. Se avete qualche domanda o se fosse necessario far sì che il bot ignori i link o l'intera pagina, date un'occhiata a queste FAQ. Ho effettuato le seguenti modifiche:

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Saluti.—InternetArchiveBot (Segnala un errore) 01:33, 12 nov 2017 (CET)[rispondi]

Gentili utenti,

ho appena modificato 1 collegamento esterno sulla pagina Borexino. Per cortesia controllate la mia modifica. Se avete qualche domanda o se fosse necessario far sì che il bot ignori i link o l'intera pagina, date un'occhiata a queste FAQ. Ho effettuato le seguenti modifiche:

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Lascio un articolo con paper.--94.36.139.62 (msg) 08:20, 23 gen 2020 (CET)[rispondi]

Template:Helpme Salve a tutti,

ho ricevuto il testo che segue, con la richiesta di pubblicarlo qui, dal Prof. Gianpaolo Bellini (uno degli ideatori di Borexino nonché spokesman della collaborazione, dagli inizi fino a poco tempo fa quando è andato in pensione).

Finora ho contribuito a Teknopedia solo con piccole aggiunte o correzioni minime. Non so come regolarmi in questo caso.

UnixMan67 (msg) 18:04, 22 gen 2021 (CET)[rispondi]

Borexino è un esperimento scientifico volto allo studio dei neutrini solari a bassissima energia (sub-MeV), e non solo-,realizzato in Italia, presso i Laboratori nazionali del Gran Sasso, nei pressi de L'Aquila. L'esperimento è finanziato da un consorzio internazionale di istituti di ricerca e università italiani, statunitensi, tedeschi, francesi, polacchi e russi, tra cui soprattutto l'INFN e poi la NSF[1] sono i maggiori finanziatori. Nel maggio 2017, Borexino raggiunse 10 anni di operazioni, dall'inizio della sua presa dati nel 2007 e il 2020 è il 30simo anniversario dell’inizio delle attività relative a questo esperimento. La collaborazione Borexino comprende tre Università e sezioni INFN italiane più il Laboratorio del Gran Sasso, due Laboratori russi, tre Università americane, tre tedesche, una polacca e una francese.

Descrizione.

Il nome BOREXINO deriva da BOREX (BORon solar neutrino EXperiment)[2], e ha ragioni puramente storiche. Il progetto BOREX è stata una proposta iniziale: utilizzava uno scintillatore contenente Boro e aveva una soglia alta in modo da poter misurare solo una coda del flusso di neutrini dalla reazione di fusione coinvolgente il Boro; era anche più grande (1 kT di scintillatore). Fu scartato quasi subito e sostituito da una rivelatore che utilizza 300 tonnellate di uno scintillatore organico , un idrocarburo aromatico: quindi Borexino è il diminutivo di Borex.

L'obiettivo principale dell'esperimento è stato di effettuare una misura completa del flusso di neutrini solari generati dalle reazioni termonucleari nel nucleo solare, a partire dalle bassissime energie (la soglia di Borexino è 150 keV), rivelando individualmente le emissioni di neutrini dalle diverse reazioni di fusione e misurando quindi il cosiddetto ciclo pp (protone-protone) che è responsabile del 99% della produzione di energia del Sole. In questo modo si può validare la teoria di Bethe riguardante la produzione di energia nel Sole e confrontare le misure fatte con le previsioni del Modello Solare Standard (MSS). La misura dei singoli flussi contribuisce anche alla soluzione del puzzle tuttora irrisolto della Metallicità solare, e può dare informazioni su altri parametri del modello. Questa misura permette inoltre di determinare la probabilità di sopravvivenza del neutrino-elettrone in conseguenza del fenomeno dell’oscillazione dei neutrini, in un largo spettro di energia (150 keV- 16 MeV) , testando così anche le previsioni dell'effetto Mikheyev-Smirnov-Wolfenstein, sia nel regime di vuoto sia in quello di materia e nella zona di transizione vuoto-materia.

L’1% dell’energia nel Sole è prodotto da un altro ciclo, il ciclo CNO (da Carbonio-Ossigeno-Azoto), la cui importanza è enorme nelle stelle massive, cioè con massa superiore del 30% di quella del Sole, nelle quali esso domina in assoluto. Questa misura viene effettuata da Borexino per la prima volta in assoluto, confermando le teorie astrofisiche che l’hanno ipotizzata dagli anni ’30 del secolo scorso, ma della quale non si aveva alcuna conferma sperimentale. I neutrini sono rivelati tramite lo scattering su elettroni, mentre gli antineutrini sono meglio caratterizzati mediante il decadimento beta inverso, per il quale il segnale “prompt” è dato dalla annichilazione del positrone prodotto nella reazione, e il segnale ritardato dalla cattura del neutrone dopo un cammino all’interno dello scintillatore, necessario per la sua termalizzazione. In questo modo Borexino studia anche i geo-neutrini, antineutrini provenienti dall’interno della Terra, ed è anche in grado di rivelare i neutrini provenienti da supernovae della nostra galassia; esso appartiene alla rete globale Supernova Early Warning System. Borexino studia anche eventuali processi rari e potenziali particelle ancora sconosciute.

Il rivelatore è costruito similmente ad una cipolla, con una radiopurezza che aumenta andando dalle parti più esterne fino a quelle più interne. Al centro stanno i 300 tonnellate di scintillatore che è trattato durante il riempimento e anche successivamente, con metodi innovativi per ottenere una radiopurezza mai raggiunta. Il contenitore dello scintillatore è di nylon da 125 micron di spessore, per evitare al massimo possibili radiazioni di nuclidi instabili presenti in esso, malgrado sia stato estruso e preparato in camera pulita, radon free. Il tutto è circondato da una sfera di acciaio che sostiene 2100 occhi elettronici, i fotomoltiplicatori, che convertono la luce, emessa dallo scintillatore e provocata dalle particelle cariche diffuse o prodotte dalle interazioni dei neutrini, in impulsi elettrici. Infine una grande tanica ( 16.9 m di altezza e 9.0 m di raggio), contenente acqua purificata, circonda il tutto. Infatti lo scintillatore non solo deve essere ultrapuro, ma deve essere anche schermato dalle radiazioni che provengono dall’ambiente, dalla rocce della Sala sperimentale del laboratorio sotterraneo del Gran Sasso, e dai materiali stessi utilizzati per la costruzione. Quindi lo scintillatore è schermato in totale da  5,5 m di acqua equivalente: 2,14 m di acqua, 1,25 m di aromatico interposto fra il contenitore dello scintillatore e la sfera d’acciaio, più uno spessore dello scintillatore in quanto si definisce in modo diverso, a seconda della misura che si sta facendo, un volume fiduciale più piccolo del contenitore stesso.

Niente nel rilevatore Borexino è standard. Tutti i materiali del rivelatore e dei sistemi ausiliari sono stati selezionati per bassa radioattività; il nylon è stato estruso e i contenitori assemblati in camere pulite senza Radon; tutti i componenti sono stati accuratamente selezionati e alcuni di essi sono stati sviluppati in collaborazione con aziende esterne; le superfici sono state decapate, passivate e lavate con forti detergenti; le saldature sono state eseguite in atmosfera di azoto; tutto quanto inserito nel rivelatore è passato attraverso clean rooms di classe 100 e la stessa sfera in acciaio inox è stata attrezzata come una clean room di classe 10.000; lo scintillatore viene pompato, tramite una stazione di carico costruita apposta nell’azienda di produzione, in speciali isotank, spostate dalla Sardegna al laboratorio sotterraneo di non più di 18 ore per minimizzare la produzione di nuclidi dai raggi cosmici.

L’istallazione in un laboratorio sotterraneo, la riduzione a ultratracce della radioattività interna e lo schermo della radioattività esterna hanno lo scopo di ridurre il massimo possibile qualunque segnale che possa nascondere nei rivelatori gli eventi di neutrini. Gli eventi di neutrini ,sono abbastanza rari perché i neutrini possono attraversare grandi quantità di materia, e addirittura l’Universo senza interagire. Basterà dire che noi siamo investiti dai neutrini solari con un flusso di 60 miliardi di neutrini al cm quadrato e al secondo, e Borexino, in 100 tonnellate di scintillatore vede poco più di 40 eventi di neutrini al giorno. Se quindi non vengono eliminati quasi tutti i raggi cosmici andando sotto terra, non si riduce quasi a zero la radioattività dei materiali usati e non si scherma lo scintillatore da radiazioni che vengono dall’ambiente, invece di vedere gli eventi di neutrini si osserverebbero nei rivelatori solo radiazioni dei altra origine.

Cronologia.

   • Negli anni 1988-1989 avvennero serrate discussioni sugli scopi dell’esperimento e di conseguenza sulle sue caratteristiche. Tali discussioni avvenivano principalmente fra Gianpaolo Bellini e collaboratori dell’Università e INFN di Milano, Raju Raghavan del Bell Lab., Frank Calaprice dell’Università di Princeton, e Franz von Feilitch del TUM di Monaco. La decisione fu di tentare quello che fino ad allora nessun esperimento era riuscito a raggiungere, cioè la misura dei neutrini solari fin dalle bassissime energie, a livello di poche centinaia di keV. Gli esperimenti con luce Cerenkov , avevano misurato i neutrini solari con una soglia a 5 MeV (ridotta poi a 3.5 MeV), e cioè la coda a più alta energia dei neutrini prodotti dalla reazione di fusione coinvolgente il 8B, misurando in questo modo solo lo 0.1% di tutto il flusso solare.

   • 1990-1995- Cinque anni di R&D per sviluppare metodi necessari per ottenere una radiopurezza record per lo scintillatore. Per testare quanto raggiunto viene costruito un rivelatore ridotto e semplificato rispetto a Borexino. Tale rivelatore, chiamato Counting Test Facility, nel giugno 1995 misura in 5 tonnellate di scintillatore una radiopurezza di 10 ordini di grandezza maggiore di quella normalmente presente nei materiali, raggiungendo le condizioni base per procedere con l’esperimento. La costruzione del rivelatore viene approvato dal INFN (presidente Luciano Maiani). Gianpaolo Bellini viene nominato spokesperson della collaborazione. La collaborazione viene espansa includendo, oltre a Milano, Princeton, TUM, Genova e Perugia, già presenti, il JIHR di Dubna ,Virginia Tech., MPI Heidelberg, Collège de France. (che diventerà poi Paris 7)

   • 1995-2007- Costruzione, istallazione e tuning del rivelatore. Il lungo tempo è dovuto sia al fatto che nessun componente il rivelatore e l’impianto è  tandard, ma tutto è stato selezionato, trattato edeventualmente sviluppato ad hoc. Inoltre Borexino ha avuto quasi due anni di fermo causa un modesto incidente.

   • Nel maggio 2007 Borexino inizia la raccolta dei dati e in settembre presenta a Neutrino 2007, a Sendai (Giappone) la prima osservazione in tempo reale dei neutrini dalla reazione di fusione del 7Be, misurandone lo spettro di energia.

   • 2008. Pubblicazione su Physics Letters e successivamente su Physics Review Letters della prima misura del flusso di neutrini solari dalla reazione di fusione con 7Be. Esperimenti radiochimici avevano misurato il flusso solare globale di neutrini, senza però avere la capacità di distinguere fra i vari flussi prodotti dalle diverse reazioni di fusione.

   •  Nel 2010, Borexino pubblica su Physics Letters l’evidenza di geoneutrini , antineutrini provenienti dall'interno della Terra confermando quanto osservato dal rivelatore giapponese Kamland. Mentre per lo studio dei neutrini solari di bassa energia, Borexino è un rivelatore unico al mondo, per quello dei geoneutrini sono due i rivelatori capaci di misurarli: Borexino e Kamland.. Questi antineutrini vengono prodotti nei decadimenti nucleari dalle famiglie di 235U, 238U, 232Th, 40K, ma il decadimento beta inverso, utilizzato dai due esperimenti per osservare gli antineutrini, ha una soglia a 1,8 MeV, impedendo l’osservazione dei geoneutrini da 40K e 235U . Nello stesso anno, Borexino pubblica la prima osservazione a bassa soglia (3 MeV) dei neutrini solari provenienti dalla reazione solare del del 8B. 

   • Ottobre 2010-Giugno 2011- seconda radio-purificazione dello scintillatore in batch mediante la tecnica della water extraction. Con questa ripurificazione si riduce di molto il residuo di 85Kr , ancora presente nelle scintillatore, e ulteriormente il livello dei  nuclidi delle famiglie di 238U e 232Th; la loro presenza diminuisce ulteriormente fino ad essere minore di un biliardo di volte rispetto ai livelli naturali di radioattività. 

   • 2011-Borexino pubblica su PRL una misura di precisione con alta statistica del flusso di neutrini solari del 7Be, riducendo ulteriormente l’incertezza della misura.

   • 2012- Borexino completa e/o intraprende varie analisi che si concretizzano nelle seguenti pubblicazioni: 1-Assenza dell’asimmetria day/night nei dati del 7Be su Physics Letters B, risultato che esclude altre regioni di oscillazione al di fuori della MLA senza bisogno di utilizzare i risultati di Kamland con antineutrini; 2- prima misura dei neutrini dalla reazione di fusione pep nel Sole, misura molto difficile dato che tale flusso è poco più di un decimo di quello della reazione con 7Be ( Phys. Rev. Letters); 3-misura dei muoni cosmici e della loro modulazione annuale ad una profondità di 3800 m di acqua equivalente (Journal of Cosmology and Astroparticle Physics); 4- Misura della velocità dei neutrini misurata utilizzando il fascio inviato ai Laboratori dal CERN, misura che smentisce l’annuncio di Opera sui neutrini superluminali ( Physics Letters B). Alla fine di questo anno Gianpaolo Bellini lascia, dopo 22 anni, la direzione dell’esperimento, proponendo tre persone più giovani: Cristiano Galbiati, Marco Pallavicini, Gioacchino Ranucci, Questa terna diminuirà in numero nel tempo e alla fine rimarrà come spokesperson il solo Gioacchino Ranucci. Bellini però continua a lavorare all’esperimento avendo anche una memoria storica dei particolari delle metodiche.

   • Nel 2013, Borexino stabilisce nuovi limiti sullo spazio dei parametri per i neutrini sterili (Phys. Rev. D). Misura dei geoneutrini con i dati di 1353 giorni di presa dati: presenza di radioattività naturale nel Mantello terrestre e valutazione del contributo radiogenico al calore terrestre (Phys. Letters B)

   • Nel 2014, l'esperimento Borexino ha misurato direttamente e per la prima volta i neutrini primari dalla fusione protone-protone, cioè della reazione  capostipite del ciclo.; misura molto difficile perché l’energia di questi neutrini è molto piccola, inferiore o molto vicina alla soglia di 150 keV. Il risultato viene pubblicato su Nature. Con questo Borexino completa il ciclo pp ( eccetto la reazione detta hep, il cui flusso però rappresenta solo un centomillesimo del flusso totale). Il ciclo pp produce il 99% di tutta l’energia solare; si è potuto quindi confrontare le luminosità, cioè l’energia per unità di tempo, misurate attraverso i fotoni di luce emessi dal Sole e  tramite i neutrini: le due misure sono perfettamente compatibili, confermando quindi la stabilità del Sole su una scala di centomila anni, cioè il tempo necessario ai fotoni per uscire dal Sole, mentre neutrini ci impiegano pochi secondi. La misura della reazione pp è stata nominata da Physics World del britannico IOP fra i dieci migliori risultati di tutta la fisica del 2014. Le Poste Italiane dedicano a Borexino un francobollo celebrativo.

   • nel 2015, viene pubblicato su Phys. Rev. D-rapid communications- un'analisi dei geo-neutrini aggiornato con gli ultimi dati: raggiunti più di 7di livello di confidenza per l’evidenza della loro esistenza e nuovi dati sul  Mantello terrestre e sul calore radiogenico. Inoltre durante il 2015 viene installato un sistema molto versatile di Monitoraggio e Gestione della Temperatura di Borexino. È costituito dal Sistema di Sensori di Temperatura Latitudinale (LTPS), formato di più di 65 sensori, la cui installazione cominciò nel 2014; e il Sistema d'Isolamento Termico, che minimizza l'influenza termica dell'ambiente esterno sui fluidi interni a Borexino, grazie a un spesso (20 cm) isolamento di lana minerale installato sulle pareti del Serbatoio Esterno, con uno stabilizzatore attivo istallato all’esterno di esso. Lo scopo di questo lavoro riguarda la misura del ciclo CNO, che nel Sole contribuisce solo per 1%. La distribuzione di energia dei neutrini del CNO non è contrassegnata da nessun indizio particolare ed è molto simile alla distribuzione dei neutrini del residuo di 210Bi, che per di più grava nella stessa zona di energia. Per avere un check indipendente del segnale di del Bismuto , si ricorre al suo figlio 210 Po, il quale decadendo dovrebbe arrivare ad un plateau che riproduce la stessa frequenza del segnale del Bismuto. Purtroppo i movimenti termici all’interno dello scintillatore fanno circolare polvere e particolato, che malgrado l’enorme purezza e pulizia, in quantità molto modeste sono depositate sulla pareti del contenitore dello scintillatore. e sono in vario modo dei contaminanti, Da qui la necessità uniformare in tutto lo scintillatore la temperatura ad un decimo di grado. Negli anni successivi si osserva che questo sistema funziona molto bene

   • Nel 2017.. Nello stesso anno, il miglior limite ottenuto tramite osservazione diretta del momento magnetico del neutrino fu stabilito dal team Borexino. Inoltre viene pubblicata su Astroparticle Physics la misura della modulazione stagionale del segnale di neutrini solari.

   • 2018.- Borexino pubblica su Nature la prima misura spettrometrica di ampia banda dello spettro di neutrini solari, con le misure simultanee più precise per i flussi di neutrini del 7Be, pep e pp, in più estratte da una singola finestra energetica (190-2930 keV). Queste misure raggiungono una precisione fino al 2,7% (nel caso degli neutrini del Berillio-7) e stabiliscono per la prima volta una conferma a 5σ della presenza di neutrini pep. Si ottiene anche un limite superiore significativo per il flusso di neutrini da CNO. La quantità di dati, molto ingrandita dopo anni di osservazione continuata, nuove tecniche di analisi dati e simulazioni informatiche Monte-Carlo all'avanguardia di tutto il rivelatore sono sviluppi imprescindibili per questi risultati. 

   • 2020. E’ un anno molto importante: 1-Viene pubblicata  su Phys. Rev.D l'osservazione aggiornata di neutrini del 8B con dati delle Fasi I e II (2008-2016), raddoppiando la precisione della misura di questa componente degli neutrini solari su quella precedente, e mostrando una indicazione di preferenza verso i Modelli Solari Standard di Alta Metallicità con tutti i dati di neutrini solari disponibili al momento. 2-Su JCAP esce un articolo con una versione migliorata della modulazione dei muoni cosmici. 3-Viene pubblicato su Journal of High Energy Physics una analisi sull’esistenza di una Non Standard neutrino Interaction che, unita ad altri esperimenti, fissa un limite stretto alle variabili che esprimono questo tipo di interazione.4-Ancora su Phys. Rev. D vengono pubblicati i risultati di 3262,74 giorni (Dicembre 2007- Aprile 2019) di raccolta dati sui geoneutrini con analisi delle conseguenze per quanto riguarda il mantello, il calore radiogenico, i modelli della Bulk Silicate Earth. 5- Infine su Nature viene pubblicato un articolo con la prima misura assoluta del  Ciclo CNO[4] Questa misura ha necessitato un grosso impegno durato circa quattro anni; l’importanza di questa misura è la prima dimostrazione sperimentale dell’esistenza di questo ciclo, ipotizzato nelle teorie astrofisiche come dominante nelle stelle cosiddette massive, aventi cioè una massa maggiore di quella del Sole per più del 30%. E’ questo un risultato storico premiato con la nomina da Physics World fra i dieci migliori risultati di tutta la fisica del 2020. Quindi Borexino ha dimostrato non solo come brilla il Sole, ma anche come brillano le stelle.

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