La rete di fondo IDMAR ed il telescopio KM3NeT/ARCA: un grande passo verso il futuro

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Nel corso di una campagna marina condotta nell’arco di una intera settimana, si sono concluse positivamente le operazioni di ampliamento dell'infrastruttura sottomarina IDMAR e di installazione di cinque linee di misura destinate alla realizzazione del telescopio per neutrini KM3NeT/ARCA.

Il telescopio ARCA, situato nel Mar Mediterraneo a una profondità di 3.500 m a circa 80 km al largo di Capo Passero in Sicilia, insieme ad ORCA, situato al largo di Tolone in Francia, consentirà agli scienziati di KM3NeT di identificare le sorgenti dei neutrini di alta energia provenienti da eventi catastrofici nell'Universo e di studiare le proprietà fondamentali del neutrino, la particella più elusiva che si conosca.

Nella sua configurazione finale, l’apparato KM3NeT/ARCA comprenderà una rete di oltre duecento linee di misura. Ciascuna linea di misura è alta 700 m e comprende 18 moduli ottici, equipaggiati con sensori di luce ultra-sensibili in grado di registrare, nel buio più profondo degli abissi del Mar Mediterraneo, i debolissimi lampi di luce generati dalle particelle create dalle interazioni dei neutrini.

La prima parte dell'operazione marina di questa settimana ha riguardato la posa di una nuova junction box (struttura per erogare potenza elettrica) di IDMAR, che è stata quindi collegata, tramite un cavo elettro-ottico lungo 100 km, fino al laboratorio dell’INFN, anch’esso recentemente rinnovato e ampliato nell’ambito delle attività di IDMAR, situato all’interno del porto del comune di Portopalo di Capo Passero.

Nella seconda parte dell'operazione, cinque nuove linee di misura di KM3NeT sono state collegate alla junction box mediante un veicolo sottomarino pilotato dalla nave e dispiegate nella loro configurazione verticale finale. Infine è stata collegata alla nuova junction box una linea di misura installata in precedenza.

Dichiara Giacomo Cuttone, Direttore Scientifico del progetto IDMAR: “Questa campagna ha confermato la capacità di KM3NeT e IDMAR di gestire operazioni marine complesse e ha dato una spettacolare dimostrazione degli enormi risultati conseguiti dalla Collaborazione KM3NeT nello sviluppo di soluzioni idonee per imprese tecnologiche di tale portata. Il pieno successo di questa operazione costituisce l’occasione per accelerare le procedure che porteranno alla costituzione dell’ERIC (European Research Infrastructure Consortium) KM3NeT”,

In totale, sono ora in funzione sei linee di misura che rappresentano il nucleo iniziale del telescopio per neutrini KM3NeT/ARCA. In aggiunta alle sei già in operazione in ORCA, esse consentono a KM3NeT di superare la sensibilità dell’apparato predecessore ANTARES, in presa dati dal 2008 e anche questo realizzato con un forte contributo italiano.

Paschal Coyle, portavoce della Collaborazione KM3NeT sottolinea: “Il successo di questa operazione e la capacità di installare in un’unica operazione un numero significativo di linee di misura rappresentano importantissimi passi avanti per il progetto KM3NeT. Ora tutto procederà a massima velocità con la costruzione dell’apparato nei due siti selezionati".

Simone Biagi, ricercatore INFN-LNS e site manager per KM3NeT-Italia, ha fatto parte della squadra che ha gestito l’operazione a bordo della nave. Dichiara Biagi: “Questa campagna marina ha dimostrato la capacità di progettare, realizzare e installare a grandi profondità marine sistemi complessi di controllo e comunicazione dati grazie allo sviluppo di tecnologie innovative ed alla collaborazione col sistema industriale siciliano, italiano ed europeo. Grazie a questi risultati il Mar Mediterraneo si dimostra essere sempre più una risorsa non solo come grande laboratorio di ricerca ma anche come un ecosistema da difendere e da cui ripartire per la crescita sociale ed industriale della Sicilia, dell’Italia e dell’Europa.”

Questo risultato corona un lungo lavoro preparatorio condotto sulla base dell’installazione delle prime strutture prototipali degli anni scorsi. Le linee di misura di recente installazione sono state integrate nei laboratori INFN presso i Laboratori Nazionali del Sud e le Sezioni di Genova e Napoli, i moduli ottici provengono dai siti di integrazione di KM3NeT installati in varie nazioni europee (Catania e Napoli in Italia), i moduli di base sono stati realizzati a Bologna, e contributi fondamentali alla realizzazione di componenti elettronici e meccanici delle linee sono stati portati dalle Sezioni INFN di Bari, Roma e il Gruppo Collegato di Salerno.

IDMAR in collaborazione con la nave di servizio offshore americana Miss Marilene Tide continuerà nella prossima settimana la campagna marina con una serie di operazioni nel Mar Mediterraneo: in primo luogo posizionando uno strumento per misurare la presenza di plastica in mare, quindi con l’installazione di una serie di rilevatori acustici per ricerche di biologia marina e geofisica.

Il gruppo KM3NeT della sezione INFN di Napoli, guidato dal Dott. Pasquale Migliozzi, che include ricercatori dell’Università della Campania “L. Vanvitelli” e dell’Università di Napoli “Federico II”, ha contribuito a questa impresa in tutte le fasi della realizzazione delle DU: dal test e calibrazione dei PMT, all’integrazione e calibrazione dei moduli ottici, dalla calibrazione alla preparazione delle DU sui dispositivi utilizzati per l’installazione a 3500 m di profondità. Unico gruppo nella Collaborazione a occuparsi di tutti i processi necessari all’integrazione delle DU.

“Il risultato ottenuto ci rende particolarmente orgogliosi in quanto è stato ottenuto in un contesto molto difficile causa pandemia, durante il quale abbiamo anche finalizzato la realizzazione del nuovo laboratorio CACEAP (Campania Center for Astroparticle Physics), nato dalla collaborazione tra l’INFN-Napoli e il Dipartimento di Matematica e Fisica di UniCampania, ubicato a San Nicola La Strada presso il centro  CIRCE. Questo laboratorio, finanziato anche attraverso il progetto PON-PACK, sarà di fondamentale importanza per la realizzazione dell’intero telescopio per neutrini KM3NeT-ARCA” dice Pasquale Migliozzi. “Senza questo laboratorio e il fondamentale supporto dell’Officina Meccanica della sezione INFN di Napoli questa impresa non sarebbe mai stata possibile. Un ringraziamento anche all’Amministrazione e al Servizio di Calcolo e Reti per il supporto e la rapidità con la quale hanno sostenuto le attività di KM3NeT”.

Carlos Maximiliano Mollo, tecnologo e responsabile del Trasferimento Tecnologico per l’INFN-Napoli, che ha supervisionato le attività di integrazione, ha dichiarato “KM3NeT è soprattutto una sfida a livello tecnologico. Spinge al limite le tecnologie attualmente utilizzate nelle telecomunicazioni civili coinvolgendo numerose competenze dall’optoelettronica alla micromeccanica, passando per l’elettronica. Inoltre, far funzionare un rivelatore a 3500 metri di profondità richiede procedure ben definite e controlli di qualità rigorosissimi. Di certo, le conoscenze acquisite dal gruppo di Napoli per la realizzazione di questo esperimento potranno essere utilissime per futuri esperimenti non solo in ambito astroparticellare.”

“Le 6 DU di ARCA attualmente in presa dati sono state realizzate con i moduli ottici digitali (DOM) prodotti in 6 diversi siti di integrazione distribuiti su 5 nazioni europee, un contesto in cui il gruppo INFN di Napoli ha assunto da anni un ruolo di primissimo piano. Una sfida nella sfida, vinta grazie agli elevati standard di qualità imposti dalla Collaborazione e grazie alla professionalità e allo spirito di coesione mostrato dai numerosi gruppi coinvolti. Ulteriore motivo di vanto e importante spinta motivazionale in vista delle ambiziose tappe che si profilano all’orizzonte di KM3NeT” afferma Daniele Vivolo, ricercatore del Dipartimento di Matematica e Fisica di UniCampania, Project Manager per la DOM Integration di KM3NeT.

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