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Esperimento GERDA

Nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso si studia la fisica del neutrino

Sulla scia dell’esperimento Heidelberg-Moscow - condotto nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso nel 2001 - che aveva captato la possibilità di un decadimento doppio-beta senza neutrini dell’isotopo 76Ge, nel 2004 nasce, ad opera dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, l’esperimento GERDA.

Frutto di una collaborazione internazionale tra Italia, Germania, Russia e Polonia, l’esperimento GERDA ha come scopo principale lo studio del decadimento doppio-beta del 76Ge, isotopo del Germanio.

Il decadimento doppio beta è un processo spontaneo che e' stato osservato anche per altri isotopi, in cui un nucleo – in questo caso di 76Ge - si trasforma in un altro nucleo (il 76Se) emettendo due elettroni e due antineutrini, ricalcando l’effetto di due decadimenti beta che avvengono contemporaneamente. Nello specifico il Germanio è un solido semiconduttore di grande radio purezza, con cui si possono fabbricare rivelatori di particelle di grande sensibilità, precisione e praticità d'uso: nel processo di decadimento doppio-beta del 76Ge, i rivelatori a Germanio, detti anche High Purity Germanium Detectors (HPGe), rappresentano una scelta strategica, in quanto costituiscono allo stesso tempo la sorgente del decadimento e rivelatore.

Gerda strutturaUna struttura base contiene i rivelatori a germanio arricchiti nell'isotopo 76Ge, che sono immersi direttamente in azoto liquido, contenuto in una pseudo-sfera di rame di circa 2 metri di diametro; questa a sua volta è immersa in una vasca di acqua ultrapura di 3 metri di diametro.

L'azoto naturale – così come lo schermo d’acqua - oltre a servire per raffreddare i rivelatori, fornisce uno schermo contro la radioattività naturale presente nell'ambiente e nei materiali che compongono l'esperimento, che potrebbe disturbare le misurazioni. Al di sopra della struttura dell'esperimento è posizionata una camera pulita con un accesso diretto all'interno della vasca di azoto, per tutte le operazioni di preparazione e inserimento dei rivelatori.

Nella prima fase dell'esperimento GERDA sono stati usati rivelatori a germanio già esistenti, arricchiti in 76Ge, per un totale di 20 kg. Per le fasi successive è stata prevista la disponibilità di aumentare la massa di germanio arricchito, producendo nuovi rivelatori fino a raggiungere un totale di 500 kg, necessari per investigare a fondo l'esistenza del decadimento doppio-beta senza neutrini, la natura del neutrino e le implicazioni per la cosmologia e per la fisica delle particelle in generale.

L’esperimento GERDA nasce per approfondire il processo di decadimento doppio beta del 76Ge, e in particolar modo la capacità dell’isotopo di Germanio di generare un decadimento doppio beta senza neutrini, con la sola emissione di elettroni, come intuito nell’esperimento Heidelberg-Moscow del 2001. Una conferma in tal senso costituirebbe una scoperta eccezionale per la fisica del neutrino e per le implicazioni che avrebbe sulla cosmologia e lo studio dell’evoluzione dell’Universo.

Per informazioni:www.lngs.infn.it

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