Il futuro nel Mar Mediterraneo: KM3NeT
KM3NeT è un progetto largamente europeo, basato sull'esperienza accumulata da ANTARES, che sta costruendo due grandi apparati per la rivelazione di neutrini.
Il telescopio KM3NeT/ARCA è in fase di costruzione a circa 100 km dalla costa di Portopalo di Capo Passero in Sicilia. ARCA (acronimo di Astroparticle Research with Cosmics in the Abyss)sarà costituito da due blocchi di rivelatori di 115 unità di rilevamento (denominate Detector Units, DU), ciascuna di lunghezza circa 1 km e ancorate a una profondità di circa 3500 m. ARCA avrà un volume strumentato leggermente più grande di quello di IceCube e una sensibilità al flusso di neutrini cosmici decisamente superiore.
Un secondo rilevatore, denominato KM3NeT/ORCA (Oscillation Research with Cosmics in the Abyss) sarà situato sul sito francese al largo di Tolone (nei pressi di ANTARES); i principali obiettivi scientifici di ORCA sono legati allo studio delle proprietà del neutrino, in particolare la determinazione della loro gerarchia di massa. Le infrastrutture in Italia e Francia ospiteranno anche strumentazione per il monitoraggio a lungo termine e online dell'ambiente di acque profonde, le cui misure verranno utilizzate per studi di geofisica e biologia marina.
Sia ARCA che ORCA useranno le stesse Detector Units equipaggiate ciascuna con 18 moduli ottici, come mostrato in Figura 9. Per la realizzazione del progetto KM3NeT viene perseguita una implementazione graduale e distribuita che massimizza l'accesso ai fondi di finanziamento regionali, la disponibilità di risorse umane e le opportunità sinergiche con la comunità delle scienze della Terra e del mare.
L'unità base dei rivelatori utilizzati è il modulo ottico digitale (DOM). Il DOM è una sfera di vetro resistente alla pressione contenente 31 fotomoltiplicatori (PMT) da 3 pollici con i dispositivi elettronici necessari alla digitalizzazione e la trasmissione dei dati, nonché la strumentazione di calibrazione.
Questa configurazione dei DOM, con molti PMT di piccolo diametro rispetto a uno solo più grande (come in IceCube ed ANTARES), offre miglioramenti significativi: l'area sensibile totale è circa tre volte più grande, il campo visivo copre quasi l'intero angolo solido, la pixelizzazione consente il conteggio di singoli fotoni. Una sequenza verticale di 18 DOM forma un'unità di rilevamento (DU).
Due sottili corde parallele mantengono i DOM in posizione. La DU è ancorata sul fondo del mare e tenuta in tensione da una boa sommersa nella parte superiore. Un cavo verticale, che corre lungo l'intera lunghezza della DU, serve per l'alimentazione e la trasmissione dei dati.
Questo cavo è un tubo di plastica riempito d'olio, per mantenerlo alla stessa pressione dell’acqua, contenente fili elettrici e fibre ottiche, con una scatola di derivazione verso ciascun DOM.
Una serie di 115 DU, disposte con un'impronta approssimativamente circolare, costituisce un blocco. Le DU sono collegate a scatole di derivazione sottomarine e infine a terra tramite un cavo elettro-ottico principale. L'architettura è intrinsecamente modulare, e ciò consente una implementazione graduale del telescopio. Per l’immersione in mare, la DU è arrotolata in un telaio sferico in alluminio con un diametro di 2 m, chiamato Launcher of Optical Modules (LOM).
In questa configurazione compatta, la DU è immersa sul fondo del mare e collegata alla rete del fondo marino. La LOM viene quindi rilasciata, dispiegando la DU mentre ruota verso l'alto; quando arriva in superficie viene recuperato per un ulteriore utilizzo.
Figura: A sinistra: un modulo ottico digitale (DOM) di KM3NeT, costituito da una sfera di vetro di 17 pollici (43 cm di diametro) resistente alla pressione e contenente 31 piccoli PMT (ciascuno da 3 pollici). Al centro: un disegno di una stringa (DU) con la base e la boa galleggiante. La DU (lunga circa 800 m in ARCA e 200 m in ORCA) contiene 18 DOM fissati a due cavi paralleli. A destra: foto del veicolo di lancio (LOM) contenente una DU con 18 DOM usato per le operazioni marine.
L'implementazione tecnica e le soluzioni di ARCA e ORCA sono quasi identiche, a parte la diversa spaziatura tra DOM. Un filmato relativo a una delle operazioni marine è visibile qui sotto.
