A soli due mesi dal suo completamento, il rivelatore di neutrini di nuova generazione JUNO (Jiangmen Underground Neutrino Observatory) nella Cina sudorientale, cui l’INFN contribuisce in modo decisivo, ha già raggiunto una precisione straordinaria, determinando alcuni fondamentali parametri di oscillazione dei neutrini solari con un’accuratezza senza precedenti. I risultati, sottoposti a Chinese Physics C e disponibili su arXiv, sono stati presentati oggi, 19 novembre, dall’Istituto di Fisica delle Alte Energie (IHEP) dell’Accademia Cinese delle Scienze.
Dopo più di un decennio di progettazione e costruzione da parte della Collaborazione internazionale, JUNO è il primo rivelatore di neutrini di grandi dimensioni e alta precisione a entrare in funzione, e in soli 59 giorni di presa dati, dal 26 agosto al 2 novembre 2025, ha già soddisfatto le aspettative di progetto. La misura dei parametri di oscillazione dei neutrini solari noti come θ12 e Δm221 è infatti più precisa di un fattore 1,6 e 1,8 rispetto a quella ottenuta dall’analisi congiunta di tutte le precedenti misure nel settore.
Questi parametri, originariamente determinati utilizzando i dati sui neutrini solari, possono essere misurati con elevata precisione anche mediante antineutrini da reattore, come ha fatto JUNO nella sua prima misurazione. In passato, i risultati ottenuti separatamente dai due metodi hanno mostrato una lieve discrepanza di 1,5 sigma: una “tensione” che può suggerire la presenza di nuova fisica. La misurazione con antineutrini appena eseguita da JUNO conferma questa tensione, che l’esperimento potrà verificare in modo definitivo quando effettuerà anche la misura dei neutrini solari dell’⁸B.
“Raggiungere tale precisione entro solo due mesi di operatività mostra che JUNO sta funzionando esattamente come previsto”, ha commentato Yifang Wang, responsabile del progetto JUNO. “Con questo livello di precisione, JUNO determinerà presto l’ordinamento delle masse dei neutrini, sottoporrà a verifiche accurate lo schema delle oscillazioni a tre sapori e cercherà anche segnali eventuali di nuova fisica”.
“Il risultato scientifico annunciato oggi testimonia quanto sia stato fruttuoso il decennale impegno della Collaborazione JUNO per l’assemblaggio di un rivelatore basato su una pluralità di tecnologie d’avanguardia, che dominerà il panorama della fisica dei neutrini nei prossimi anni, fornendo risultati di estrema precisione”, ha aggiunto Gioacchino Ranucci, viceresponsabile internazionale di JUNO e ricercatore dell’INFN e dell’Università di Milano. “Molti fattori hanno contribuito a questo successo: di fondamentale importanza è stata la convergenza di esperienze e competenze nei rivelatori a scintillatore liquido e nelle tecniche di analisi correlate, apportate da gruppi di ricerca provenienti da tutto il mondo”.
JUNO è un progetto con elevato grado di internazionalizzazione, gestito in Cina dall’Istituto IHEP con cui l’INFN vanta una lunga tradizione di cooperazione, e che coinvolge più di 700 ricercatori e ricercatrici provenienti da 75 Istituzioni in 17 paesi e regioni. L’INFN vi partecipa con le sezioni di Catania, Ferrara, Milano, Milano Bicocca, Padova, Perugia, Roma Tre e con i Laboratori Nazionali di Frascati. “Come Presidente dell’Institutional Board di JUNO, sono orgoglioso di vedere questo sforzo globale raggiungere un traguardo così importante. Il successo di JUNO riflette l’impegno e la creatività dell’intera comunità internazionale”, ha dichiarato Marcos Dracos, ricercatore dell’Università di Strasburgo e del CNRS/IN2P3 in Francia.
L’esperimento JUNO è stato proposto nel 2008 ed è stato approvato dall’Accademia Cinese delle Scienze (CAS) e dalla Provincia del Guangdong nel 2013. L’INFN ha aderito all’iniziativa nel 2014, primo fra gli Istituti stranieri che attualmente vi partecipano. La costruzione del laboratorio sotterraneo è iniziata nel 2015, mentre l’installazione del rilevatore, cominciata nel dicembre 2021, è stata completata nel dicembre 2024, immediatamente seguita dal riempimento prima con acqua ultra-pura, poi con scintillatore liquido.
Il cuore dell’esperimento è un contenitore di acrilico di 35,4 m di diametro contenente una massa efficace di 20.000 tonnellate di scintillatore liquido, situato al centro di una piscina d’acqua profonda 44 metri all’interno di una sala sperimentale sotterranea. L’acrilico è supportato da un guscio reticolato di acciaio inossidabile di 41,1 metri di diametro, che inoltre alloggia 20.000 tubi fotomoltiplicatori (PMT) da 20 pollici, 25.600 PMT da 3 pollici, insieme al resto della componentistica che comprende l’elettronica di front-end, i cavi, le bobine per la compensazione del campo magnetico terrestre, e pannelli separatori di luce. Tutti i PMT lavorano simultaneamente per catturare la luce di scintillazione prodotta dalle interazioni dei neutrini all’interno dello scintillatore e convertirla in segnali elettrici.
Durante la costruzione, sono stati ottenuti numerosi traguardi senza precedenti, come un PMT ad alte prestazioni caratterizzato da un design innovativo, sia per la struttura sia per l’amplificazione elettronica. Tra le altre conquiste tecnologiche si annoverano la realizzazione una copertura a prova di esplosione e impermeabile per proteggere i PMT; il già menzionato sistema di purificazione ad alta efficienza che produce scintillatore radiopuro con una lunghezza di attenuazione della luce superiore a 20 metri; un’innovativa elettronica sottomarina, con un’affidabilità di grado aerospaziale ottenuta utilizzando componenti disponibili commercialmente.
Con la sua straordinaria sensibilità di rivelazione, JUNO determinerà l’ordinamento delle masse dei neutrini e misurerà i parametri di oscillazione con precisione inferiore all’1%. Studierà anche i neutrini solari, atmosferici, da supernova e geoneutrini, e cercherà fenomeni oltre il Modello Standard. Progettato per una vita scientifica di circa 30 anni, l’esperimento potrà essere inoltre potenziato per indagare il decadimento doppio beta senza neutrini, la scala assoluta della massa dei neutrini e verificare se i neutrini sono particelle di tipo Majorana.
