Characterisation of the Bedretto Underground Site for Fundamental Physics Experiments

Il luogo più silenzioso della Terra (e perché ne abbiamo bisogno)

Immaginate di cercare di sentire un singolo sussurro nel mezzo di un concorso rock frenetico. Questo è essenzialmente ciò che gli scienziati affrontano quando cercano di studiare i segreti più elusivi dell'universo. Profondamente sottoterra, lontano dal caos della superficie, ci sono esperimenti alla ricerca di cose che quasi mai accadono: particelle di "materia oscura" che potrebbero costituire la maggior parte dell'universo, o rari decadimenti nucleari che potrebbero spiegare perché esistiamo. Per catturare questi eventi spettrali, gli scienziati hanno bisogno di un laboratorio che sia il più silenzioso possibile.

Perché in superficie c'è così tanto rumore? Primo, il cielo sta costantemente facendo piovere particelle ad alta energia chiamate raggi cosmici, che si schiantano contro tutto e creano un "disturbo" di fondo che copre i segnali delicati. Secondo, il terreno stesso vibra con ogni auto, treno e onda oceanica che passa. Terzo, le rocce intorno a noi brillano naturalmente di una debole radiazione invisibile proveniente da elementi come l'uranio e il radon. Per risolvere questo problema, gli scienziati costruiscono laboratori profondamente sotterranei. La massiccia pila di roccia sovrastante agisce come uno scudo gigante, bloccando la pioggia cosmica e attenuando le vibrazioni. Più si scende in profondità, più diventa silenzioso. Ma trovare il posto perfetto — uno che sia abbastanza profondo, abbastanza silenzioso e facile da raggiungere — è come cercare un ago in un pagliaio. È qui che un nuovo contendente entra in gioco.

La ricerca del rifugio sotterraneo definitivo

Un team di ricercatori ha appena terminato un massiccio "controllo di salute" per una nuova potenziale casa per la scienza: il tunnel di Bedretto, nelle montagne del Ticino, in Svizzera. Pensate a questo tunnel non solo come a un buco nel terreno, ma come a una potenziale "stanza silenziosa" per gli strumenti più sensibili mai costruiti. Il team voleva sapere: questo posto è abbastanza silenzioso da sentire il sussurro dell'universo?

Si sono stabiliti a circa 3,5 chilometri all'interno del tunnel, in un punto chiamato TM3500, che si trova sotto più di 1.400 metri di montagna solida. Per testare il sito, hanno agito come detective cosmici, misurando tutto, dalla pioggia di particelle che colpisce le pareti al ronzio della terra stessa.

Il controllo della pioggia cosmica
Per prima cosa, hanno osservato la "pioggia di muoni cosmici". I muoni sono come piccoli proiettili ad alta velocità provenienti dallo spazio che possono trapassare quasi tutto. In superficie, ci colpiscono costantemente. Il team ha allestito un telescopio fatto di pannelli di plastica per contarli. Il risultato è stato spettacolare: al sito di Bedretto, la pioggia di muoni era soppressa di un fattore di un milione rispetto alla superficie. È come se si fossero spostati da un uragano a una brezza leggera. Questo livello di silenzio pone Bedretto allo stesso livello dei migliori laboratori sotterranei del mondo, rendendolo un candidato primario per esperimenti che devono essere schermati dal rumore cosmico.

Il bagliore radioattivo della roccia
Successivamente, hanno controllato le pareti stesse. Le rocce non sono perfettamente silenziose; contengono elementi radioattivi naturali che emettono raggi gamma e neutroni, che possono apparire come segnali falsi per i rilevatori sensibili. Il team ha prelevato campioni del granito dalle pareti del tunnel e ha misurato la loro "impronta digitale radioattiva". Hanno scoperto che la roccia nel loro punto scelto era in realtà piuttosto pulita, con circa il 35% in meno di radioattività rispetto alla roccia trovata altrove nel tunnel. Hanno anche misurato l'aria e hanno scoperto che, sebbene ci sia del gas radon (un gas radioattivo che fuoriesce dalle rocce), questo può essere facilmente gestito pompando aria fresca, proprio come aprire una finestra per rinfrescare una stanza maleodorante.

Il ronzio magnetico e delle vibrazioni
Infine, hanno ascoltato il terreno e l'aria per il rumore invisibile. Hanno misurato il campo magnetico (la forza invisibile che guida le bussole) e le vibrazioni sismiche (il tremolio del terreno). Hanno scoperto che il rumore magnetico è incredibilmente basso, tranne che per un particolare "ronzio" a 16,7 Hz. Questo ronzio si è rivelato causato dai treni elettrici che corrono nel vicino tunnel ferroviario della Furka; quando i treni si fermano di notte, il ronzio scompare. Questo dice agli scienziati che, se costruiranno il loro laboratorio, dovranno solo schermarsi contro quella specifica frequenza.

Le misurazioni sismiche sono state ancora più impressionanti. Il terreno a Bedretto è così immobile che è molto più silenzioso del "New Low Noise Model", che è il limite teorico di quanto la Terra possa diventare silenziosa. In effetti, le vibrazioni sono così basse che sono di due ordini di grandezza migliori di quanto richiesto dai rivelatori di onde gravitazionali di prossima generazione — macchine progettate per ascoltare le increspature nello spazio-tempo causate dalla collisione di buchi neri.

Cosa significa per il futuro
L'articolo conclude che il tunnel di Bedretto è una posizione "altamente competitiva" per la fisica fondamentale. Non è solo profondo; è accessibile, con tunnel orizzontali che rendono facile spostare apparecchiature pesanti dentro e fuori, a differenza di alcuni laboratori che richiedono lo scavo di pozzi verticali. Il team suggerisce che con una costruzione standard — come l'aggiunta di uno strato di cemento alle pareti per bloccare più radiazioni e neutroni — questo sito potrebbe diventare uno dei laboratori più profondi e silenziosi d'Europa.

Non stanno sostenendo di aver già costruito il laboratorio, ma hanno dimostrato che il sito è pronto. Le misurazioni mostrano che il rumore di fondo è abbastanza basso da supportare esperimenti all'avanguardia alla ricerca di materia oscura, decadimento doppio beta senza neutrini e onde gravitazionali. In sostanza, hanno trovato una caverna perfetta e silenziosa dove i segreti dell'universo potrebbero finalmente essere abbastanza forti da essere uditi.