I Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN 1400 m di copertura di roccia Attenuazione nel flusso di µ: un milione Attenuazione nel flusso di n: mille Personale di ruolo: 66 Bilancio di esercizio: 13 M€ 3/29/2017 A. Bettini. INFN

Storia (1/2) 1982 Il Parlamento approva la legge difinanziamento 1979 A. Zichichi (Presidente dell’ INFN) idea di costruire un grande laboratorio sotterraneo in vicinanza del tunnel autostradale in costruzione 1982 Il Parlamento approva la legge difinanziamento (costo totale, inclusa seconda legge dell’84 = 77 Glit) 3/29/2017 A. Bettini. INFN

Storia (2/2) 1983 Comincia lo scavo 1987 Fine degli scavi. Inizia installazione esperimenti 1989 Primo grande esperimento (MACRO) in funzione (un modulo) 1990 Il Parlamento approva la legge per il completamento, due nuove sale, un tunnel indipendente di accesso 3/29/2017 A. Bettini. INFN

Programma scientifico Neutrino mixing Neutrini dal CERN (CNGS) OPERA ICARUS Neutrini dal Sole GNO BOREXINO LENS proposal Neutrini da Supernove LVD Massa e natura dei neutrini Decadimento doppio beta Ge Tecniche criogeniche Reazioni nucleari (due acceleratori) Reazioni di fusione nel Sole Schermature anomale nei “metalli” Ricerca di materia oscura non barionica Insieme di approcci sperimentali complementari Geologia Misura continua dello sforzo (attraverso la faglia di sovrascorr.) Misura continua di parametri chimico-fisici dell’acqua nella roccia Rete sismica sotterranea Biologia Robustezza delle cellule in sotterraneo vs. in superficie 3/29/2017 A. Bettini. INFN

Spazi HALL A HALL B HALL C ICARUS & OPERA assembly OPERA 3/29/2017 A. Bettini. INFN

Utenza scientifica Utente = firma su di una proposta scientifica approvata Italiani 363 (nel ‘97, 280) Non Italiani 366 (nel ‘97 187) Totale 729 + Teorici 15 Utenti registrati per l’accesso: 202 it, 142 non it., tot. 344 3/29/2017 A. Bettini. INFN

L’organigramma 3/29/2017 A. Bettini. INFN

Personale e servizi in outsourcing SERVIZI IN OUTSOURCHING Servizio Anni uomo Vigilanza 46 Prevenzione incendi 18 Pulizie e neve 6 Mensa e bar 4 Navetta 3 Facchinaggi 1 Giardinaggio 1 Guide per visite 3 Manutenzioni 5 TOTALE 87 PERSONALE “Pianta organica” 66 (cop. 62) Contratti a tempo det. 15 Contratti 2222 3 Art. 6 (a.u. equiv.) 7 Obiettori 2 Borsisiti 14 TOTALE 107 3/29/2017 A. Bettini. INFN

Utenti a mensa Le presenze in laboratorio sono circa raddoppiate negli ultimi 5 anni 3/29/2017 A. Bettini. INFN

Visite del pubblico 15.000 visite all’anno “Laboratori aperti” Aperto al pubblico per comunicazione scientifica insegnamento 15.000 visite all’anno “Laboratori aperti” 2 sabati al mese per piccoli gruppi o persone singole, senza formalità. “Open day” 15.5.2002 1800 persone visitano i laboratori Studenti : 10% dalla regione 88% dal resto d’Italia 2% dall’estero 3/29/2017 A. Bettini. INFN

Collaborazione con AIF AIF è l’associazione degli insegnati di fisica nelle scuole L’INFN e l’AIF hanno stipulato un accordo per 7 anni. I LNGS mettono a disposizione degli insegnati tre prefabbricati (uso permanente) e sale conferenze. L’AIF organizza allestimento esperimenti didattici loro utilizzo dagli studenti in visita scuole di studio e aggiornamento insegnanti Per esempio 23 luglio - 4 agosto 2001 “ Uso delle nuove tecnologie nell’insegnamento della fisica” “Ottica all’aria aperta” 3-7 dicembre 2001 “La storia della scienza come base per la formazione dell’intellettuale scientifico” Altre azioni Settimana scientifica Concorsi e seminari per gli studenti N.B. I corsi sono frequentati da circa 40 insegnati, a loro spese 3/29/2017 A. Bettini. INFN

5 approved projects in the I call (15-Mar-02) LNGS TARI status 20-Oct-2002 5 approved projects in the I call (15-Mar-02) 6 approved projects in the II call (15-Sep-02) 15 Germany 14 Poland 9 France 4 Portugal 3 Hungary 3 Romania 1 Finland 49 users I call II call 300 200 666 1634 Deliverable : 2800 man-days 1166 man-days delivered man-days allocated man-days available 3/29/2017 A. Bettini. INFN

LNGS TARI : used facilities 634 566 Low background measurements Deliverable : 1200 man-days Cryogenic facilities and liquid argon 120 780 Deliverable : 800 man-days 116 384 Deliverable : 400 man-days LUNA accelerator Radon counters and Geophysical instrumentation 206 Deliverable : 200 man-days 110 Computing infrastructures 90 Deliverable : 200 man-days Delivered+allocated man-days Available man-days 3/29/2017 A. Bettini. INFN

Effetti economici Nel 1999 ho richiesto ad una ditta specializzata di analizzare l’impatto economico dell’attività del laboratorio nella regione, Province di L’Aquila, Teramo e Chieti, sulla base di dati del 1998. Sono stati utilizzati indicatori statistici ISTAT, Prometeia) moltiplic. = 2.0 moltiplic. = 1.8 Effetti quantitativi personale, utenti, scienziati visitatori fornitori locali (AQ, TE, CH) visite Effetti qualitativi cultura tecnologica 3/29/2017 A. Bettini. INFN

Da mia presentazione al Consiglio 2.10.98 Il Laboratorio deve confrontarsi con quattro emergenze principali il rischio sismico si trova in una zona ad elevata sismicità il rischio di incendi si trova adiacente ad un’autostrada, in sotterraneo il rischio acqua la risorsa acqua non è una risorsa sprecabile si “perdono” 100 l/s dalle pareti del laboratorio ma è l’unico vettore per lo smaltimento del calore (< 1300 kW) si trova a contatto con un acquedotto il rischio di interferenza con autostrada galleria di servizio valutazione, limitazione, controllo emissioni nell’ambiente Stiamo definendo in maniera rigorosa regole e procedure da rispettare Non possiamo tollerare compromessi che mettano a rischio l’ambiente o la salute delle popolazioni Dobbiamo diventare consapevoli che alcuni esperimenti non si possono fare semplicemente perché incompatibili con l’ambiente “Doing excellent science does not excuse lapses in environment, safety and health management” Federico Pegna, allora Ministro US dell’Energia, in occasione del suo intervento di chiusura del BNL, in seguito a piccole perdite di trizio nell’ambiente 3/29/2017 A. Bettini. INFN

Definizione di Maximum Credible Earthquake nel dominio delle frequenze tutte le componeti nel dominio del tempo 3/29/2017 A. Bettini. INFN

Politica di gestione ambientale Abbiamo adottato una politica di Gestione Ambientale Ottenuta la certificazione ai sensi del protocollo UNI EN ISO 14001 la certificazione richiede - oltre ovviamente al rispetto delle leggi ambientali - un miglioramento continuo delle prestazioni ambientali la definizione di obiettivi di miglioramento volontariamente impostisi e la verifica oggettivamente quantificabile del loro raggiungimento Definite procedure, manuali, auditing interno, obiettivi di miglioramento, ecc. Revisione straordinaria da parte dell’Ente Certificatore in data 23-24 Ottobre 2002. Riscontrate tre non conformità, già in via di risoluione. Definita procedura e tempistica pe risoluzione 3/29/2017 A. Bettini. INFN

Lezioni dall’evento del 16 agosto Progetto prevede doppio (o triplo contenimento) Analisi di rischio calcola probabilità di fuoriuscita 10–6 Liquido pericoloso 2º contenimento 3º contenimento AMBIENTE Acqua ultrapura ma operazione su apparato ancillare e una combinazione di errori può condurre a contaminazione ISOLARE COMPLETAMENTE TUTTI GLI APPARATI DALL’AMBIENTE INTERPORRE BUFFER E ANALIZZARE L’ACQUA 3/29/2017 A. Bettini. INFN

Politica di prevenzione degli incidenti rilevanti Come da D. Lvo 334/99 La Direzione dei LNGS si prefigge l’obiettivo prioritario e generale di assicurare la salvaguardia dei lavoratori, della popolazione e dell’ambiente I LNGS si impegnano a prevenire gli incidenti rilevanti per la tutela delle persone minimizzare l’esposizione del personale agli agenti di rischio assicurare l’osservanza delle disposizioni di legge e dei più avanzati standard di sicurezza gestire la sicurezza come parte critica dell’attività …………………………… A tal fine i LNGS dispongono di una struttura organizzativa con responsabilità e compiti chiari curano la formazione e l’addestramento del personale assicurano il rispetto della normativa di sicurezza e salute prendendo provvedimenti di prevenzione identificano periodivcamente i pericoli di incidente rilevante connessi con le attività prendendo provvedimenti di prevenzione registarno e aggiornano le informazioni relative alla sicurezza verificano che la progettazione, la realizzazione e le modifiche rilevanti di esperimenti e impianti e le modifche dei processi siano supportati da analisi di rischio dispongono piani di emergenza attuano, documentano ed ottimizzano nel tempo il Sistema di Gestione della Sicurezza ……………………….. 3/29/2017 A. Bettini. INFN

EAS-TOP Edificio centrale collocato su sbancamento fatto in precedenza da ANAS per sondaggio profondo per autostrada 3/29/2017 A. Bettini. INFN

Il ripristino dell’ambiente Maggio - Ottobre 2000. Smontaggio dei paravalanghe Smontaggio del “capannone” centrale e delle capanne, rimozione dei cavi Raccolta dei semi delle essenze locali Ri-inerbimento 3/29/2017 A. Bettini. INFN

Separazione tra le attività nel laboratorio e quelle in autostrada Sicurezza dei laboratori ingresso e uscita del personale e della strumentazione indipendentemente dall’autostrada uscita di emergenza in caso di incidente in autostrada immissione di aria pulita alimentazione elettrica Sicurezza del traffico eliminare l’attuale restrizione a una corsia non interrompere il traffico autostradale durante lavori Sicurezza dell’acqua potabile Realizzazione di un centro di analisi e monitoraggio e degli impianti necessari per garantire forniture alternativein caso di necessità Sicurezza delle acque reflue Realizzazione di condotte separate e di stazione di contenimento e analisi Necesità di risolvere problema politico 3/29/2017 A. Bettini. INFN

Dark matter search Experiments in the European Underground Laboratories are world leading, but orders of magnitudes in sensitivity must be gained to explore the theorists’ parameters space. need experiments with clear signature (annual modulation of rate or recoil direction Continental coordination will help 10 ev/(t d) 10–2 ev/(t d) 3/29/2017 A. Bettini. INFN

Masse dei neutrini INVERTITO Dm2 < 0 NORMALE Dm2 > 0 m3 m2 Dm2 (atm.) dm2 (Sun) INVERTITO Dm2 < 0 m1 m2 m3 Dm2 (atm.) dm2 (Sun) NORMALE Dm2 > 0 La scala delle masse dei neutrini è il millielectronvolt 3/29/2017 A. Bettini. INFN

Towards (absolute) neutrino mass M = Detector mass t = Exposure time b = Background rate D = Energy resol. Majorana neutrino mass is predicted a few tens meV in most scenarios Increase M and decrease b without compromising b For one order of magnitude in neutrino mass increase by two orders of magnitude sensitive mass  O(1 t) decrease by two orders of magnitude b  O(1event/(keV t yr)) Nuclear physics effects must be calculated to go from a limit on lifetime to a limit on neutrino mass. Uncertainties: factors 2-3 3/29/2017 A. Bettini. INFN

La natura e la massa dei neutrini Heidelberg-Mosca Tecnica:76Ge arricchito (sorg. & riv.) b = 0.17±0.01 ev/(kg keV y) prima del filtro da forma dell’impulso Limite: Mee<270 meV (best) Esposizione: 46.5 kg y GENIUS-TF Test facility per GENIUS Con gli attuali cristalli e b = 6 x 10–3 ev/(kg keV y) Mee<100 meV in 6 anni Stato. In costruzione GENIUS Cristalli di Ge arrich. in LN2 b = 3x10–4 ev/(kg keV yr)) Massa sensib.: 1000 kg 76Ge Mee< 20-30 meV Stato. Richiesto test sperimentale Collaborazione da rinforzare La lotta per la riduzione del fondo MIBETA (Milano) Tecnica: bolometri di TeO2 naturale (130Te = 34%) massa di 130Te = 2.3 kg b = 0.5 ev/(kg keV yr) Limite: Mee < 2 eV (2nd best) CUORICINO (aspettato) Massa di 130Te = 14.3 kg b = 0.02-0.05 ev/(kg keV yr) Limite: Mee < 200-400 meV Stato. Fasi iniziali CUORE propos. (aspettato) Massa di 130Te = 250 kg b = 2x10–3 ev/(kg keV yr) Limite: Mee < 50 meV In qualche anno possiamo scoprire il valore assoluto della massa dei neutrini, se ci saranno risorse sufficienti 3/29/2017 A. Bettini. INFN

Neutrini dal CERN 17/12/1999. Il Consiglio del CERN approva il progetto CNGS, ottimizzato per comparsa di t Gennaio 2001. INFN e CERN approvano OPERA (precedentemente approvato da Governo giapponese) Giugno 2001. Primo modulo da 300 t di ICARUS funzionante (a Pavia) Primavera 2006. Inizio esperimenti Complementarietà con esperimenti di scomparsa K2K. In funzione NUMI+MINOS. Aprile 2005 3/29/2017 A. Bettini. INFN

OPERA 3/29/2017 A. Bettini. INFN

ICARUS ICARUS 600t. 300 t semi-module working 3/29/2017 A. Bettini. INFN

ICARUS. Stato Futuro presentata proposta finale altri 4 moduli 600 t (due strati sovrapposti) Capire operazione rivelatore (600 t) in sotterraneo Da capire problemi di sicurezza Stato primo semi-modulo di 300 t funziona consumo per raffreddamento troppo alto analisi di rischio quasi fatta 3/29/2017 A. Bettini. INFN

LUNA 2 3/29/2017 A. Bettini. INFN

LUNA scientific program p + p  d + e+ + ne d + p  3He + g 3He +3He  a + 2p 3He +4He  7Be + g 7Be+e- 7Li + g +ne 7Be + p  8B + g 7Li + p  a + a 8B 2a + e++ ne 84.7 % 13.8 % 13.78 % 0.02 % pp chain 12C 13N p, - 13C 14N 15O + 15N p, CNO cycle in progress done in 2003 3/29/2017 A. Bettini. INFN

The astrophysical S-factor ? S(E) = E·(E)·exp(2) (E) = S(E)·exp(-2)/E 2 = 31.29 Z1 Z2 (/E)0.5 3/29/2017 A. Bettini. INFN

Below the Gamow peak p + D  + 3He 3He + 3He  2p + 4He  = 10 fb 2 cts./month 20 fb 3/29/2017 A. Bettini. INFN

14N(p,)15O P+14N and g.c.age Chronometer of The Universe age S 14,1 x5 Standard CF88 3/29/2017 A. Bettini. INFN

Status of neutrino oscillations CHOOZ Reactor anti electron-neutrino disappearance (a few MeV, 1km) Combining with solar data q132 ≈ |Ue3|2 < 0.025 Fit by Fogli et al. Muon-neutrinos from the atmosphere (≈ GeV, 10-13 000 km) Super-Kamiokande. 1250 d (77 kt yrs) Confirmed by MACRO and Soudan2 1.8 x 10–3 < Dm2 < 4 x 10–3 eV2 (90% c.l.), sin2 2q 23> 0.88 q13 = 0 If LMA, KamLAND will see anti-e disappearance If LOW, BOREXINO will see strong deficit N.B. Fit assumes all experiments right, all uncertainties correctly evaluated We need redundancy 3/29/2017 A. Bettini. INFN

GNO Approvato un run di una decina d’anni con lo scopo di ridurre gradualmente le incertezze sistematica (al 5% o meglio) e statistica In discussione terza “calibrazione” con sorgente neutrini Decidere tempi rimanenti di run incertezze sistematica al 5% 3/29/2017 A. Bettini. INFN

BOREXINO Rivelatore in tempo reale Soglia E >0.4 MeV Fisica nel 2003 Misura il flusso monoenergetico (0.86 MeV) di neutrini del 7Be Molto sensibile ai parametri 40 ev/d se SSM 300 t scintillatore (Pseudocumene + PPO) in un recipiente di nylon Volume di fiducia 100 t centrali Sfera di inox, 13.7 m diam. Sostiene i PM e concentratori di luce Spazio interno alla sfera contiene PC purificato Secondo contenitore di nylon (11 m diam.) per bloccare radon Acqua purificata all’esterno della sfera (18 m diam., 16.9 m altezza) 3/29/2017 A. Bettini. INFN

BOREXINO 3/29/2017 A. Bettini. INFN

BOREXINO e le soluzioni solari 0.3 0.5 0.7 0.9 3/29/2017 A. Bettini. INFN

Potenzialità di LENS 3/29/2017 A. Bettini. INFN

LVD e)/ (e ) Determina il segno di Dm2 Rivelatore Scintillatore liquido 1000t Alta modularità tempo sensibile 99.7% in 2001 In cima ad una “torre” Una porta-tank (8 tanks) 38 porta-tanks per torre 114 in 3 torri Conteggio aspettato da collasso nel centro della Galassia (8.5 kpc) Oscillazioni nella SN rendono più energici i ne o gli ne a seconda del segno di Dm2 Ethresh = 14.4 MeV e)/ (e ) Determina il segno di Dm2 Ethresh = 17.3 MeV Indip. da oscillazioni Ethresh = 15.1 MeV 3/29/2017 A. Bettini. INFN

GIGS. Terremoti lenti tempo di salita = 150 s fault Sisma locale (normale) ML = 3.3 - 3.5 La roccia si deforma in maniera permanente Sensibilità strumentale DL/L = 10–12 (1 pico e) per L = 90 m, DL = 90 pm Interferometro è necessario per rivelazione fenomeni lenti di piccola ampiezza Operativo dal 1994 Terremoto lento (asismico) in coincidenza (casuale) con un terremoto lontano (Giava) Terremoto lento disturbo da attività umana 3/29/2017 A. Bettini. INFN

Geologia GIGS @ LNGS PH of water ERA@ LNGS Colfiorito Eventi lenti GIGS @ LNGS Geologia Evento maggiore di Colfiorito Sciami < 200 km Matese x 0.5 Massa Martana Sismicità cumulativa (ING) PH of water ERA@ LNGS Il laboratorio è in zona sismicamente attiva, in sotterraneo. Unica opportunità per determinati studi di geologia 222Rn in water 3/29/2017 A. Bettini. INFN

Conclusioni Il fenomeno delle oscillazioni tra neutrini sta fornendo Un mezzo importante (unico sinora) per scoprire fisica oltre il MS Una via verso le altissime energie Masse dei neutrini <<< masse dei quark. Differente meccanismo? Mescolamento dei neutrini  mescolamento dei quark. Differente meccanismo? Esperimenti in sotterraneo nella prossima decade dovrebbero Consolidare la scoperta di fisica oltre il Modello Standard Progresso nella conoscenza delle proprietà dei neutrini Proposte sperimentali in diversi stadi di preparazione Oscillazioni su fasci artificiali Oscillazioni su neutrini naturali (da Sole, Atmosfera, Supernove) Ricerca della massa di Majorana Ricerca di materia oscura non barionica Proposta di un laboratorio simile (con lo stesso prgramma scientifico negli US) NUSL nlla iniera di Homestke in South Dakota (250 M£) Il LNGS è il laboratorio leader nel mondo, ma è necessario irrobustirne le strutture aumento quantitativo e qualitativo del personale 3/29/2017 A. Bettini. INFN