Nel prossimo futuro potremmo saperne di più sui raggi cosmici e sulla nostra galassia grazie a HERD High (Energy Cosmic Radiation Detection), il rivelatore di particelle che sarà installato sulla futura stazione spaziale cinese ed effettuerà misure dello spettro dei raggi cosmici alle più alte energie mai raggiunte da esperimenti simili. Il cuore dell’apparato è un calorimetro di nuova concezione, specificamente progettato per soddisfare gli stringenti requisiti prestazionali che tali misure richiedono nel rispetto dei vincoli di peso e consumo energetico tipicamente imposti agli esperimenti spaziali. Lo sviluppo di questo strumento è oggetto del lavoro congiunto di gruppi di ricerca italiani e cinesi.

TEAM DI LAVORO ED ENTI PROMOTORI

Italia: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Universita’ degli Studi di Firenze, CNR-IFAC,

Cina: Institute of High Energy Physics (IHEP), Xi’an Institute of Optics and Precision Mechanics (XIOPM)

Diretta facebook con Oscar Adriani
Giovedi 18 marzo, ore 16

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Prof. OSCAR ADRIANI,

Coordinatore dell’attività di ricerca e sviluppo per il calorimetro di HERD in Italia, Università degli Studi di Firenze e INFN Firenze

SVILUPPO INNOVAZIONE

La collaborazione fra Italia e Cina sull’esperimento HERD inizia nel 2012, quando alcuni rappresentanti di università ed istituti di ricerca italiani partecipano al primo workshop internazionale del progetto HERD tenutosi a Pechino.

In tale occasione viene presentato alla delegazione cinese l’innovativo progetto di calorimetro per lo spazio sviluppato in Italia nell’ambito dell’iniziativa CALOCUBE promossa e finanziata dall’INFN, basato su concetti innovativi come l’utilizzo di cristalli scintillanti di forma cubica come sensori, disposti in una griglia tridimensionale che consente di espandere il campo di vista dello strumento senza aumentarne il peso né il consumo energetico. La collaborazione HERD ha adottato molti dei concetti alla base di CALOCUBE a complemento di quelli ideati da istituti cinesi.

Dopo un primo periodo in cui ricercatori italiani e cinesi hanno sviluppato e testato in proprio le rispettive idee, è recentemente iniziata una nuova fase collaborativa, nella quale è stata avviata la costruzione di un prototipo comune basato sia su elementi del progetto cinese sia su quelli del progetto italiano.

Questo prototipo verrà testato al CERN con fasci di particelle alla fine del 2021, e comprende tutte le caratteristiche del rivelatore in scala completa che verrà lanciato nel 2025 per essere installato sulla futura stazione spaziale cinese.

Grazie all’integrazione dei concetti essenziali dei progetti cinese ed italiano, il calorimetro di HERD sarà in grado di effettuare misure con accuratezza senza precedenti ad energie mai raggiunte prima da esperimenti di misura diretta dei raggi cosmici.

Questo implica che l’esperimento ha un grande potenziale nel contribuire in modo nuovo alla comprensione dell’origine e della propagazione dei raggi cosmici di alta energia, e all’identificazione di possibili “firme” lasciate da particelle di materia oscura, ma anche alla realizzazione di nuove scoperte nel campo della cosiddetta “astronomia gamma di alta energia”.

ALTRE APPLICAZIONI

Attualmente il calorimetro di HERD ha applicazioni puramente scientifiche. Lo stato prototipale del progetto e la focalizzazione dello stesso ai fini della realizzazione di un rivelatore di raggi cosmici rendono plausibile il suo utilizzo, oltre che in HERD, in altri esperimenti che abbiano simili necessità in termini di prestazioni. Tuttavia, il concetto di rivelatore finemente segmentato in elementi sensibili di piccole dimensioni potrebbe in futuro avere applicazioni in altri campi, ad esempio nei macchinari per la PET usati in fisica medica, dove attualmente le dimensioni dei sensori costituiscono il principale fattore limitante alla risoluzione delle immagini.