Visita ai Laboratori dell INFN Gennaio 2019 Laboratori Nazionali del Gran Sasso

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1 Visita ai Laboratori dell INFN Gennaio 2019 Laboratori Nazionali del Gran Sasso Francesco Longo Dipartimento di Fisica Universita di Trieste e INFN/Trieste Via Valerio 2, Trieste, 34127, Italy (francesco.longo@ts.infn.it) 1

2 L Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) 2

3 Laboratori Nazionali del Gran Sasso Location: Gran Sasso Tunnel (Abruzzi, Italy) Depth: 1400 m (3800 mwe) Monte Aquila (m. 2600) Operating Institution: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) LNGS permanent staff: ~100 (physicists, technicians, administration) Scientists involved in LNGS experiments: 1100 from 29 countries Corno Grande (m. 2910) Underground lab LNGS Campo Imperatore (m. 2000) The area of Campo Imperatore 3 above LNGS

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7 CERN ν beam The LNGS Underground area Hall C Hall B Hall A Highway tunnel Underground area : 3 halls (100m x 20m x 15m) + service tunnels Total volume : m 3 Surface: > 6000 m 2 7

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10 Limiti Sperimentali per la Massa dei Neutrini (50 anni di misure) 10

11 Oscillazioni dei Neutrini Idea della massa dei neutrini suggerita per la prima volta da Bruno Pontecorvo I Neutrini Interagiscono (Produzione o Rivelazione) come Autostati dell Interazione Debole ν e >, ν µ >, ν τ > =Autostati dell Interazione Debole ν 1 >, ν 2 >, ν 3 > =Autostati di Massa (H à Evoluzione t) I Neutrini si propagano (evolvono) come sovrapposizione di autostati di massa: 11 MESCOLAMENTO

12 Comparsa/Appearance Scomparsa/Desappearance 12

13 Esperimenti con Neutrini : 1) Sorgenti (Molto) Potenti 2)Apparati (Molto) Sensibili e (Molto) Massivi Sorgenti naturali: Sole, Supernovae, Raggi cosmici Sorgenti Artificiali: Acceleratori, Reattori Nucleari 13

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15 Opera 15

16 Opera 16

17 Icarus 17

18 Icarus 18

19 Astrofisica Nucleare e Subnucleare ( Fisica Astroparticellare/Astrofisica Particellare ) Fisica Nucleare e Subnucleare ASTROFISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE Astronomia Astrofisica e Cosmologia

20 Tavola periodica degli elementi ============ > Origine: Big Bang Nucleosintesi Stelle calde Esplosioni di Supernova Merging di Stelle di Neutroni Interazioni con raggi cosmici

21 Astrofisica Nucleare - LUNA The LUNA (Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics) main aim is to investigate nuclear fusion reactions that generate most of the stellar energy and allowed the synthesis of the elements in stars and in the primordial Universe. Such reactions have a very low probability (cross section) at energies of astrophysical interest and are thus very difficult to be measured in a laboratory at the Earth s surface, where the cosmic background would mask the feeble signal. During the last 25 years, LUNA installed two accelerators in the underground laboratories of LNGS and measured a few key reactions of the Hydrogen burning and of primordial nucleosynthesis. 21

22 Astrofisica Nucleare - LUNA 22

23 Astrofisica Nucleare - LUNA 23

24 Astrofisica Nucleare - LUNA 24

25 Temperatura dell universo K 3000 K Big Bang nuclei 100 s Equilibrio di n e p Poi Nucleosintesi Formazione degli atomi neutri e l universo diventa trasparente alla luce atomi anni T (K) ~ /t ½ (s) tempo dopo il big bang

26 Unificazione delle Forze Today Big Bang time since Big Bang

27 Universe and Particles

28 MODELLO STANDARD : Fermioni (Costituenti) e Bosoni (Mediatori) 28

29 La fisica del neutrino 29

30 Neutrino-less double beta decay 30

31 Neutrino-less double beta decay 31

32 Cuore 32

33 Cuore CUORE is the largest volume of cryogenic tellurium bolometers ever built 33

34 Gerda The GERDA experiment has been proposed in 2004 as a new 76 Ge double-beta decay experiment at LNGS. The GERDA installation is a facility with germanium detectors made out of isotopically enriched material. 34

35 Neutrini Solari 35

36 Neutrini Solari 36

37 Borexino It is a large liquid scintillator detector whose main goal is the study of the properties of low energy solar neutrinos. It has achieved exceptional levels of radiopurity. 37

38 Neutrini da Supernova 38

39 Neutrini da Supernova 39

40 LVD The detector consists of a three-dimensional array of 840 scintillator counters, 1.5 m 3 each, arranged in a modular geometry 40

41 Raggi Cosmici Nel fondo di laghi e del mare: Pacini 1911! Colhoster 9km Ascese su Pallone: Hess 5km Millikan scettico sui Raggi Cosmici

42 Composizione dei Raggi Cosmici PRIMARI: p ~ 87 %, α~10 %, N~1 % e ~2 % γ ~0.1 %, ν~0.1 %? Alta atmosfera :~ 1000/m²/s I Raggi Cosmici Primari producono sciami di secondari in atmosfera A livello del mare :~ 100/m²/s SECONDARI al livello del mare µ ~ 30 % p, n,... ~ 2 % ν ~ 68 %

43 Flusso verticale di Raggi Cosmici vs. profondita nell atmosfera Spazio Pfozter ~ 20 km Livello del mare

44 Flusso di µ

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46 Sorgente Raggi Cosmici: ν Atmosferici Primary cosmic rays Proton, He atmosfera π π π π µ e νµ νµ νe θ θ Flusso Simmetrico Alto/Bassoi θ 46

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48 MACRO Upward throughgoing muons 1/β distribution: Atmospheric µ ν-induced µ 48

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50 Materia Oscura 50

51 Materia Oscura 51

52 Materia Oscura ri 52

53 Dama The DAMA project at the Gran Sasso National Laboratories of the I.N.F.N. is an observatory for rare processes thanks to the development and use of large mass highly radiopure scintillator set-ups. 53

54 Dama 54

55 DarkSide DarkSide-50 is a dual-phase argon Time Projection Chamber (TPC) 55

56 Il Gruppo II dell INFN 56

57 Fisica della Radiazione Cosmica 57

58 I raggi cosmici 58

59 Fisica della Radiazione Cosmica Studio dei raggi cosmici da satellite 59

60 Fisica della Radiazione Cosmica 60

61 Fisica della Radiazione Cosmica Studio dei raggi cosmici da terra 61

62 Fisica della Radiazione Cosmica Esperimento AUGER 62

63 Fisica del Neutrino 63

64 Neutrini Astrofisici 64

65 Fisica del Neutrino Esperimento Icecube 65

66 Fisica del Neutrino Esperimento Km3NET 66

67 Fisica delle Onde Gravitazionali 67

68 Fisica delle Onde Gravitazionali Esperimento Virgo 68

69 Fisica Fondamentale Atomi ultrafreddi 69

70 Fisica Fondamentale Oscillatori micro-meccanici 70

71 L Astrofisica Gamma 71

72 A Trieste esperimento AGILE 72

73 A Trieste esperimento Fermi 73

74 A Trieste esperimento Fermi 74

75 L astrofisica gamma da Terra 75

76 L astrofisica gamma da Terra 76

77 A Trieste esperimento MAGIC 77

78 A Trieste esperimento CTA 78

79 A Trieste esperimento GAPS 79

80 A Trieste esperimento GAPS 80

81 A Trieste esperimento Virgo 81

82 La fisica delle Astroparticelle 82