La Federico II tra i gruppi che lavorano all'esperimento Hyper-Kamiokand

L’Università degli Studi di Napoli Federico II è tra i gruppi che partecipano all’esperimento Hyper-Kamiokande (Hyper-K). Lo scorso 31 luglio, in Giappone, nella prefettura di Gifu, è stato completato lo scavo della colossale caverna che ospiterà il rivelatore di particelle principale dell’esperimento (Hyper-K).

La partecipazione italiana a Hyper-Kamiokande coinvolge, oltre alla Federico II, le sezioni di Bari, Napoli, Padova, Pisa e Roma dell’INFN, il Politecnico di Bari, l’Università della Campania “Luigi Vanvitelli”, l’Università di Salerno, l’Università di Padova, l’Università di Pisa e la Sapienza Università di Roma.

A coordinare i lavori di scavo, l’Università di Tokyo, che insieme all’istituto di ricerca giapponese KEK, High Energy Accelerator Research Organization, guida la collaborazione scientifica internazionale del progetto Hyper-K, a cui contribuiscono 630 ricercatori e ricercatrici da 22 paesi diversi, tra cui l’Italia con l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN). Il progetto Hyper-K, iniziato ufficialmente nel febbraio 2020, mira a osservare i neutrini provenienti dalle esplosioni di supernovae e a testare la Teoria della Grande Unificazione (GUT) e la storia dell’evoluzione dell’universo attraverso lo studio dei decadimenti dei protoni e della cosiddetta “violazione CP” (l’asimmetria tra neutrini e antineutrini), analizzando i fasci di neutrini prodotti dall’acceleratore di J-PARC a 300 chilometri di distanza. Il cuore del progetto sarà un rivelatore di particelle di nuova generazione, costituito da un gigantesco serbatoio con un volume oltre otto volte superiore a quello del suo predecessore, Super-Kamiokande: conterrà 260mila metri cubi d’acqua ultra-pura e sarà dotato di fotosensori innovativi, 20mila fotomoltiplicatori ad alta sensibilità (PMT) e 800 multi-PMT.

Il rivelatore è in fase di costruzione a 600 metri di profondità nella gigantesca caverna il cui scavo è stato appena ultimato, sotto una montagna nella città di Hida. Questa caverna è uno dei più grandi spazi artificiali mai scavati nella roccia: è costituita da una sezione cilindrica di 69 metri di diametro, alta quasi 73 metri e sormontata da una cupola alta 21 metri. L’impegnativo lavoro di scavo è stato quindi il frutto di un’ambiziosa impresa ingegneristica che ha richiesto numerosi studi e scavi preliminari. Dal mese di agosto, inizieranno i lavori per trasformare questa caverna nel gigantesco serbatoio di Hyper-K, ai quali seguirà, nel 2026, la costruzione del rivelatore.

Nel frattempo, in Giappone, in Italia e negli altri Paesi della collaborazione si procede con la produzione di massa dei nuovi fotosensori e delle altre componenti elettroniche che andranno a costituire il rivelatore. In particolare, presso la sezione INFN di Napoli, che coordina il contributo dei Paesi che partecipano alla realizzazione dei multi-PMT (Canada, Polonia, Repubblica Ceca, Messico e Grecia), è in fase di allestimento un nuovo laboratorio dove verranno assemblati più di un terzo dei multi-PMT che saranno installati in Hyper-K. Inoltre, l’elettronica di digitalizzazione dei fotomoltiplicatori è stata progettata dall’INFN che è responsabile della produzione di 2mila schede che, a partire dalla metà del 2026, saranno spedite al CERN per essere calibrate e integrate in contenitori subacquei con il resto dell’elettronica dell’esperimento prodotta in Corea, Francia, Giappone, Polonia, Spagna, Svizzera e Regno Unito. Tutte le componenti del rivelatore all’interno del serbatoio di Hyper-K dovrebbero essere installate entro il 2027, dopodiché il serbatoio sarà riempito con acqua ultra-pura e l’esperimento entrerà in funzione nel 2028.

Parallelamente ai lavori per la costruzione del rivelatore principale di Hyper-K, KEK sta guidando l’aggiornamento del fascio di neutrini dell’acceleratore di J-PARC e la costruzione di un nuovo rivelatore intermedio nel villaggio di Tokai, nella prefettura di Ibaraki, situato a meno di un chilometro dall’origine del fascio di neutrini. Inoltre, Hyper-K sarà costituito da un terzo rivelatore, installato a soli 280 metri dall’acceleratore di J-PARC, a cui l’INFN ha contribuito con la realizzazione di nuovi particolari rivelatori di particelle, noti come “Time Projection Chamber – TPC”.