Jiangmen Underground Neutrino Observatory: differenze tra le versioni

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{{Bozza|arg=fisica|arg2=|ts=20240506105508}}<!-- IMPORTANTE: NON CANCELLARE QUESTA RIGA, SCRIVERE SOTTO -->

JUNO (Jiangmen Underground Neutrino Observatory''')''' è un esperimento di [[Oscillazione del neutrino|oscillazione di neutrini]] ai [[Reattore nucleare|reattori nucleari]] <ref>{{Cita pubblicazione|nome=E.|cognome=Ciuffoli|coautori=et al.|data=2013|titolo=Neutrino mass hierarchy from nuclear reactor experiments|rivista=Physical Review D|volume=88|numero=3|lingua=en|doi=10.1103/PhysRevD.88.033017|url=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevD.88.033017}}</ref> <ref>{{Cita pubblicazione|nome=Yu-Feng|cognome=Li|nome2=Jun|cognome2=Cao|nome3=Yifang|cognome3=Wang|data=2013|titolo=Unambiguous determination of the neutrino mass hierarchy using reactor neutrinos|rivista=Physical Review D|volume=88|numero=1|lingua=en|doi=10.1103/physrevd.88.013008|url=https://oadoi.org/10.1103/PhysRevD.88.013008}}</ref>. Attualmente JUNO è in costruzione a [[Kaiping]], [[Jiangmen]], nella provincia [[Guangdong|di Guangdong]], nel sud [[Cina|della Cina]]. Lo scopo principale dell'esperimento è determinare la gerarchia della massa dei neutrini, ovvero se l'autostato di massa ν<submath>1\nu_1</submath> è il piú pesante o il piú leggero dei tre [[Autofunzione|autostati]] di massa dei neutrini <math>\nu_1, \,\nu_2, \, \nu_3</math> (si veda anche [[Oscillazione del neutrino|oscillazione di neutrini]]). edJUNO sarà anche in grado di eseguire misurazionimisure di precisione degli elementi [[Matrice PMNS|della matrice Pontecorvo–Maki–Nakagawa–Sakata]] e funzionerà come osservatorio di neutrini extra-terrestri a bassa energia. La collaborazione è stata costituita nel luglio 2014 <ref>{{Cita news|lingua=en|autore=Yifang Wang|url=http://english.ihep.cas.cn/rs/fs/juno0815/PPjuno/201408/t20140801_125279.html|titolo=JUNO International Collaboration established|pubblicazione=Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Science|data=2014-08-01}}</ref><ref>{{Cita web|url=https://www.asimmetrie.it/in-primo-piano/932-nasce-juno-un-gigante-sotterraneo-per-catturare-neutrini?highlight=WyJqdW5vIl0=|titolo=Nasce Juno, un gigante sotterraneo per catturare neutrini|autore=Catia Peduto|sito=Asimmetrie|data=2014-07-31}}</ref> e la costruzione è iniziata il 10 gennaio 2015.<ref name=":1">{{Cita web|url=https://www.interactions.org/press-release/groundbreaking-juno|titolo=Groundbreaking at JUNO|sito=Interactions|data=2015-01-09|lingua=en}}</ref> Il finanziamento è fornito principalmente dall’Accademia cineseCinese delle scienzeScienze, ma la collaborazioneJUNO è una collaborazione internazionale eche conta più di 750 collaboratorifisici da 75 istituti di ricerca in 17 nazioni. La collaborazione italiana è finanziata dall'[[Istituto nazionale di fisica nucleare|Istituto Nazionale di Fisica Nucleare.]] JUNO dovrebbe essere completato entro la fine del 2024 ed iniziare la presa dati nel 2025.<ref>{{Cita pubblicazione|nome=Gemma|cognome=Conroy|data=2024-03-15|titolo=China’s giant underground neutrino lab prepares to probe cosmic mysteries|rivista=Nature|volume=627|numero=8005|pp=715–716|lingua=en|doi=10.1038/d41586-024-00694-5|url=https://www.nature.com/articles/d41586-024-00694-5}}</ref>

Progettato come seguito dell'[[Oscillazione del neutrino|esperimento sui neutrini]] Daya Bay (col nome Daya Bay II<ref>{{Cita pubblicazione|autore=|nome=Yifang|cognome=Wang|titolo=Daya Bay II：A multi-purpose LS-based experiment|rivista=XV International Workshop Neutrino Telescopes, Venezia, 11-15 Marzo 2013|volume=https://agenda.infn.it/event/5268/contributions/57733/attachments/41449/49245/DYBII-NeuTel.pdf|lingua=en|url=https://agenda.infn.it/event/5268/contributions/57733/attachments/41449/49245/DYBII-NeuTel.pdf}}</ref>), originariamente doveva essere situato nella stessa area, ma la costruzione di un terzo reattore nucleare (la [[centrale nucleare di Lufeng]] ) in quella regione avrebbe reso impossibile l'esperimento, che richiede che il rivelatore sia alla stessa distanza da tutti i reattori nucleari vicini. JUNO è stato quindi installato 250 km ad ovest di Daya-Bay, nella città di Jingji, Kaiping, [[Jingmen|Jiangmen]]<ref name=":1" /> che si trova a 53 km da entrambe le [[Centrale nucleare di Taishan|centrali nucleari]] [[Centrale nucleare di Yangjiang|di Yangjiang]] e [[Centrale nucleare di Taishan|Taishan]], che forniscono una potenza termica di 36 GW.

== Rivelatore ==

Il rilevatorerivelatore centrale principale<ref name=":0">{{Cita pubblicazione|autore=JUNO Collaboration|data=2022|titolo=JUNO physics and detector|rivista=Progress in Particle and Nuclear Physics|volume=123|pp=103927|lingua=en|doi=10.1016/j.ppnp.2021.103927|url=https://doi.org/10.1016/j.ppnp.2021.103927}}</ref> è costituitoriempito con uno scintillatore liquido a base di alchilbenzene lineare (LAB) da 20 kton contenuto in una sfera di [[Poliacrilato|materiale acrilico trasparente]] di 35,4 metri di diametro, contenente 20.000&nbsp;tonnellate diQuando [[scintillatore]]i liquidoneutrini (alchilbenzenicoattraversano lineare)il rivelatore, circondatoin dapiccolissima unaparte struttura [[Acciaiointeragiscono inossidabile|incon acciaiolo inossidabile]]scintillatore liquido, producendo luce di scintillazione, che supportaviene circarivelata 53da 17.000612 tubi [[Fotomoltiplicatore|fotomoltiplicatori]] (17.000PMT) da 51 cm di diametro edisposti 36sul una struttura di [[Acciaio inossidabile|acciao inossidabile]] che circonda la sfera.000 25.600 fotomoltiplicatori più piccoli (da 7,6 cm,) questi ultimisono disposti a riempire gli spazi fra i fotomoltiplicatori più grandi),. La sfera è immersiimmersa in una piscina d'acqua dotata di 2000 tubi fotomoltiplicatori aggiuntivi per identificare gli eventi generati da muoni cosmici, che vanno esclusi dalla presa dati <ref name=":0" />. Test dell'[[elettronica]] di lettura sono stati condotti alla stessa profondità in cui opererà nell'esperimento <ref>{{Cita web|url=https://www.asimmetrie.it/in-primo-piano/2519-in-piscina-per-testare-l-elettronica-di-juno?highlight=WyJqdW5vIl0=|titolo=In piscina per testare l’elettronica di JUNO|autore=Matteo Massicci|sito=Asimmetrie|data=2021-05-28|lingua=it-it}}</ref>. JUNO è montato sottoterra ad una profondità diicircadi circa 700 m e sarà in grado di rivelare i neutrini emessi dai reattori nucleari con un'eccellente risoluzione energetica: 3% ad 1 MeV<ref>{{Cita pubblicazione|nome=Yu-Feng|cognome=Li|nome2=Jun|cognome2=Cao|nome3=Yifang|cognome3=Wang|data=2013-07-16|titolo=Unambiguous determination of the neutrino mass hierarchy using reactor neutrinos|rivista=Physical Review D|volume=88|numero=1|lingua=en|doi=10.1103/physrevd.88.013008|url=https://oadoi.org/10.1103/PhysRevD.88.013008}}</ref>, mai raggiunta in precedenza da esperimenti di neutrini con scintillatore liquido. La costruzione sotterranea si rende necessaria per abbattere il fondo generato dai muoni di origine cosmica.

JUNO è costruito ad una distanza dai reattori molto maggiore di Daya-Bay (53 km rispetto a circa 1,5 km), perchè in questo modo è in grado di misurare sia le oscillazioni caratteristiche dei neutrini soloarisolari, che quelle dei neutrini atmosferici (si veda anche la figura); solo con questa disposizione è possibile misurare gli effetti indotti dalla gerarchia di massa dei neutrini, principale scopo dell'esperimento (l'idea concettuale di questa misura risale al 2003<ref>{{Cita pubblicazione|nome=Sandhya|cognome=Choubey|nome2=S. T.|cognome2=Petcov|nome3=M.|cognome3=Piai|data=2003|titolo=Precision neutrino oscillation physics with an intermediate baseline reactor neutrino experiment|rivista=Physical Review D|volume=68|numero=11|pp=113006|lingua=en|doi=10.1103/PhysRevD.68.113006|url=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevD.68.113006}}</ref>). Questa configurazione richiede però un rivelatore molto più grande di quelli di Daya-Bay (20.000 tonnellate verso 20 tonnellate) costruito ad una profondità maggiore per essere meglio schermato dai fondi dei muoni cosmici.

=== TAO ===

Il Taishan Antineutrino Observatory (TAO, conosciuto anche come JUNO-TAO)<ref>{{Cita pubblicazione|autore=JUNO Collaboration|data=2020|titolo=TAO Conceptual Design Report: A Precision Measurement of the Reactor Antineutrino Spectrum with Sub-percent Energy Resolution|rivista=arXiv|volume=2005.08745|lingua=en|url=https://arxiv.org/abs/2005.08745}}</ref> è un esperimento satellite di JUNO, composto da un contenitore sferico in acrilico contenente 2,8 ton di [[scintillatore]] liquido dopato con [[gadolinio]], situato a circa 30 m da uno dei nuclei dell'impiantodella [[centrale nucleare di Taishan]]. La luce di scintillazione verrà rivelata da 10 m² di [[SiPM|Siliconfotomoltiplicatori Photomultipliersal silicio]] (SiPM) con una efficienza di rivelazione di fotoni migliore del 50% e una copertura pressochè totale della superficie sferica. Il rivelatore opererà ad una temperatura di -50 gradi C per abbassare ad un livello accettabile il rumore di fondo dei SiPM ad un livello accettabile. Il rivelatore sarà in grado i rivelare circa 2000 antineutrini al giorno, ed è progettato per essere ben schermato da fondi di origine cosmica e dalla radioattività naturale, per raggiungere un rapporto segnale-rumore di almeno 10.

Il suo scopo è di misurare lo spettro degli antineutrini emessi dal reattore con una precisione migliore dell'1%, per fornire uno spettro dei neutrini non oscillati e una misura di riferimento per verificare i database di reazioni nucleari.

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== Fisica ==

[[File:Oscillations_electron_long.svg|miniatura| Probabilità di oscillazione prevista degli antineutrini elettronici (in nero) che oscillano negli antineutrini muonici (blu) o tau (rossi), in funzione della distanza dalla sorgente. Gli esperimenti esistenti misurano il primo minimo relativo nella curva nera a 500&nbsp;km/GeV; JUNO osserverà il tutti i minimi relativi ed il minimo assoluto a 16000&nbsp;km/GeV. Per neutrini del reattore con un'energia di ≈3&nbsp;MeV, le distanze del primo minimo relativo e del minimo assoluto sono ≈1,5&nbsp;km e ≈50&nbsp;km, rispettivamente. Questo grafico è calcolato sulla base dei valori attuali dei parametri di oscillazione; la misura sperimentale di JUNO permetterà una migliore determinazione dei parametri effettivi.]]

JUNO misurerà [[Oscillazione del neutrino|le oscillazioni dei neutrini]] attraverso la rivelazione di [[Neutrino|antineutrini dell'elettrone ({{Particella subatomica|Electron antineutrino}})]] generati da due [[Centrale nucleare|centrali nucleari]] a circa 53&nbsp;km di distanza. <ref>{{Cita web|url=http://english.ihep.cas.cn/rs/fs/juno0815/ATEjuno/201309/t20130912_109433.html|titolo=Introduction to JUNO----Jiangmen Underground Neutrino Observatory|sito=english.ihep.cas.cn|lingua=en}}</ref> Il flusso di neutrini atteso nel rivelatore in assenza di oscillazioni èsarà noto dai dati raccolti nel rivelatore TAO e dalla conoscenza dei processi nei reattori nucleari, per cui la misura precisa dello spettro energetico dei neutrini in JUNO, modellato dalle oscillazioni, permette di misurare i parametri delle oscillazioni atmosferiche e solari. Dall'interferenza di queste due oscillazioni è possibile estrarre il valore della gerarchia di massa dei neutrini (ovvero se l'autostato di massa ν₁ è il piú pesante o il piú leggero dei tre autostati di massa), con una sensibilitá statistica di circa 3σ, ma anche misurare i parametri di oscillazione <math>\Delta m^2_{21},\, \Delta m^2_{32} \, \rm{e} \; \rm{sin}^2\theta_{12}</math>con una precisione dell'1%, migliorando di quasi un ordine di grandezza la precisione sperimentale attuale.<ref>{{Cita pubblicazione|nome=Fengpeng|cognome=An|coautori=et al.|data=2016|titolo=Neutrino physics with JUNO|rivista=Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics|volume=43|numero=3|pp=030401|lingua=en|doi=10.1088/0954-3899/43/3/030401|url=https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0954-3899/43/3/030401}}</ref><ref>{{Cita pubblicazione|nome=A.|cognome=Abusleme|coautori=et al.|data=2022|titolo=Sub-percent precision measurement of neutrino oscillation parameters with JUNO*|rivista=Chinese Physics C|volume=46|numero=12|pp=123001|lingua=en|doi=10.1088/1674-1137/ac8bc9|url=https://doi.org/10.1088/1674-1137/ac8bc9}}</ref>

JUNO sará inoltre un eccellente osservatorio di neutrini a bassa energia, in grado di misurare [[Neutrino|neutrini atmosferici]]<ref>{{Cita pubblicazione|nome=A.|cognome=Abusleme|coautori=et al.|data=2021|titolo=JUNO sensitivity to low energy atmospheric neutrino spectra|rivista=The European Physical Journal C|volume=81|numero=10|pp=887|lingua=en|doi=10.1140/epjc/s10052-021-09565-z|url=https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-021-09565-z}}</ref>, neutrini solari<ref>{{Cita pubblicazione|nome=A.|cognome=Abusleme|coautori=et al.|data=2021|titolo=Feasibility and physics potential of detecting ⁸B solar neutrinos at JUNO|rivista=Chinese Physics C|volume=45|numero=2|pp=023004|lingua=en|doi=10.1088/1674-1137/abd92a|url=https://doi.org/10.1088/1674-1137/abd92a}}</ref>, geoneutrini, neutrini delle [[Supernova|supernovae]]<ref>{{Cita libro|nome=Xin|cognome=Huang|cognome2=on behalf of the JUNO collaboration|titolo=Potential of Core-Collapse Supernova Neutrino Detection at JUNO|url=https://pos.sissa.it/395/1076|data=2022-03-18|editore=SISSA Medialab|lingua=en|pp=1076|volume=395|DOI=10.22323/1.395.1076}}</ref><ref>{{Cita pubblicazione|nome=A.|cognome=Abusleme|coautori=et al.|data=2022|titolo=Prospects for detecting the diffuse supernova neutrino background with JUNO|rivista=Journal of Cosmology and Astroparticle Physics|volume=2022|numero=10|pp=033|lingua=en|doi=10.1088/1475-7516/2022/10/033|url=https://doi.org/10.1088/1475-7516/2022/10/033}}</ref> così come vari canali di [[decadimento del protone]]<ref>{{Cita pubblicazione|nome=A.|cognome=Abusleme|coautori=et al.|data=2023|titolo=JUNO sensitivity on proton decay p → νK searches|rivista=Chinese Physics C|volume=47|numero=11|pp=113002|lingua=en|doi=10.1088/1674-1137/ace9c6|url=https://doi.org/10.1088/1674-1137/ace9c6}}</ref>. In queste misure sarà fortemente complementare agli altri due grandi esperimenti di oscillazione di neutrini in costruzione: DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) negli [[Stati Uniti d'America|Stati Uniti]] e [[Hyper-Kamiokande]] in [[Giappone]].