Nella mattinata del 27 gennaio 2021, gli studenti del Polo liceale Mattioli hanno preso parte al laboratorio ‘Dal caos al cosmo a caccia di particelle’, tenutosi online e presentato dai due studiosi di fisica astroparticellare dell’INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), Nicola Rossi e Nicola Canci.
La conferenza ha esaminato la differenza tra caos e cosmo, due principi che in natura coesistono e agiscono. Il caos è visto come disordine, un immenso spazio vuoto con una durata indefinita nel tempo; il cosmo invece rappresenta l’ordine e la linearità. Paradossalmente possiamo considerare i due principi opposti e complementari in quanto l’ordine razionale del mondo (il cosmos) nasce da un evento caotico (il caos). Molti dei miti greci sulla creazione del mondo iniziano proprio con: ‘In principio era il caos’.
Questi eventi caotici, come ad esempio il Big Bang, hanno portato ad una liberazione di particelle che, a loro volta, hanno dato il via a processi astrofisici ed astronomici. Per poter studiare queste particelle, è iniziata una vera e propria caccia tramite l’utilizzo di acceleratori, rilevatori di superficie, satelliti in orbita, radiotelescopi, antenne e laboratori sotterranei. Uno dei più grandi laboratori sotterranei al mondo dedicato allo studio delle astroparticelle è il Laboratorio Nazionale del Gran Sasso. Sorge spontaneo chiedersi il perché
questa struttura sia sottoterra, la risposta in realtà è molto semplice: si sfrutta la condizione di “silenzio cosmico”, le particelle sono molto piccole e all’esterno siamo bombardati da tantissime particelle, quindi viene utilizzata la roccia come schermo per ridurre il flusso dei raggi cosmici.
Il centro del Gran Sasso è composto da una struttura esterna, ad Assergi, e una struttura sotterranea, coperta da circa 1400m di roccia.
Particolarità dei laboratori è l’accessibilità. La struttura è infatti adiacente all’autostrada A24 e l’ingresso può essere effettuato direttamente tramite il traforo del Gran Sasso.
I Laboratori Nazionali del Gran Sasso, in sigla LNGS, vennero proposti al parlamento italiano nel 1979 e approvati tre anni dopo. Nel 1987 divennero operativi e nel 1989 operosi con il primo esperimento (MACRO). Pur non essendo il centro più profondo del mondo (solo 1400m sul livello del mare), è il laboratorio sotterraneo più grande al mondo con ben 180000 metri cubi di volume, basti pensare alla presenza di tre grandi sale sperimentali, denominate “sala A”, “sala B” e “sala C”, aventi dimensioni pari a 100m in lunghezza, 20m in altezza e 18m in larghezza. Pur essendo molto grandi, le sale sono leggermente pressurizzate e realizzate principalmente con materiali legati alla roccia (ad esempio il cemento viene dalla sabbia della roccia della montagna).
I LNGS sono internazionali, parte degli studiosi proviene da 29 Paesi del mondo. Attualmente questi studiosi si stanno occupando di circa quindici esperimenti riguardanti i neutrini, la materia oscura, l’astrofisica nucleare o anche la fisica fondamentale.
Gli esperimenti, svolti sia nelle camere principali che in quelle secondarie, avvengono in luoghi sterili e a riparo dei raggi cosmici, affinché i fattori che potrebbero alterarne i risultati, non influiscano. Gli esperimenti che abbiamo potuto osservare riguardano il lato oscuro dell’Universo, difatti ogni galassia è circondata da un alone di materia oscura che si estende molto più della parte visibile e ciò che conosciamo dell’universo è solo la punta dell’iceberg, meno del 5%.
Abbiamo analizzato il funzionamento di esperimenti quali XENON (interazioni tra particelle di materia oscura con lo xeno), DAMA/LIBRA (componenti dalla galassia), CRESST (interazioni tra nuclei atomici, utilizzando il calore) o anche DARKSIDE-50 (interazioni tra materia oscura e materia normale).
Maria Vittoria Tinari e Nicole Cinquina
