Il progetto “Unicorn”, presentato dal gruppo di ricerca di Sergio Brovelli, professore del dipartimento di Scienza dei materiali all’Università di Milano-Bicocca, è stato finanziato, per la durata di quattro anni, con un budget di 3 milioni di euro dallo European Innovation Council (EIC) nell’ambito dei prestigiosi finanziamenti per la ricerca di frontiera “EIC Pathfinder Open 2022”, assegnati dalla Comunità Europea per promuovere lo sviluppo di soluzioni tecnologiche innovative in diversi ambiti scientifici.
“Unicorn” (“Hybrid Nanocomposite scintillators for transformational breakthroughs in Radiation detection and Neutrino research”, tradotto: “Scintillatori nanocompositi ibridi per scoperte rivoluzionarie nella rivelazione delle radiazioni e nella ricerca sui neutrini”), è coordinato dall’Ateneo milanese e coinvolge altri 6 partner, istituzioni accademiche come il Cern di Ginevra, l’Istituto Italiano di Tecnologia, l’Accademia delle Scienze della Repubblica Ceca e la Fondazione basca BCMaterials, e startup leader nelle nanotecnologie fotoniche, come la parigina Nexdot e l’italiana Glass to Power.
Nello specifico, “Unicorn” ha l’obiettivo di realizzare rivelatori a scintillazione – che emettono luce a seguito di interazione con radiazioni – basati su quantum dot colloidali, appena premiati con il Premio Nobel per la Chimica, che potranno essere utilizzati in diversi settori strategici di rivelazione delle radiazioni, tra cui la sicurezza nazionale, la diagnostica medica, il monitoraggio ambientale e industriale, la produzione di energia pulita (in particolare nei futuri reattori nucleari), l’esplorazione spaziale e la fisica delle particelle e delle alte energie.
“Il cuore dei rivelatori a scintillazione attualmente in uso – afferma Sergio Brovelli – è costituito da materiali funzionali avanzati ma che presentano alcuni limiti di impiego. Quelli realizzati con singolo cristallo inorganico sono molto efficienti, ma sono fragili, pesanti e molto costosi per le alte temperature di fusione del materiale. Oppure sono fatti in plastica, sicuramente più convenienti e scalabili, ma più degradabili e di prestazioni nettamente inferiori per misure dell’energia della radiazione incidente. Queste carenze precludono progressi in aree applicative di grande importanza e impongono un collo di bottiglia tecnologico allo studio fondamentale degli eventi rari“.
I rivelatori di Unicorn, invece, si baseranno sull’utilizzo di quantum dot colloidali innovativi, cristalli inorganici di scala nanometrica lavorati per via chimica, e quindi a temperature – e costi – più bassi rispetto ai singoli cristalli. “I quantum dot colloidali, o nanocristalli a confinamento quantico – continua Brovelli – sono una classe eccezionalmente promettente di materiali emissivi e sono ormai ampiamente utilizzati nell’illuminazione artificiale e negli schermi ad alta definizione. In Unicorn saranno ingegnerizzati appositamente per l’interazione con le radiazioni e saranno poi inglobati all’interno di matrici plastiche. Il corpo del dispositivo sarà quindi plastico, ma la parte attiva, che interagisce con le radiazioni, saranno i quantum dot. Questo consentirà di migliorare la risoluzione energetica, l’efficienza e la stabilità dei dispositivi, permettendone una scalabilità sia a livello industriale che scientifico“. Con un vantaggio anche in termini di flessibilità nel design.
L’obiettivo ultimo del progetto è lo studio del doppio decadimento beta senza neutrini, un processo che potrebbe far luce su molti aspetti ancora aperti della moderna fisica delle particelle e della cosmologia. “Un processo nucleare raro – precisa Luca Gironi, professore del dipartimento di Fisica dell’Università di Milano-Bicocca, anche lui nel team del progetto – la cui esistenza per ora è solo ipotizzata e non ancora osservato ma che potrebbe fornire risposte a lungo cercate sull’origine dell’Universo. Nel presentare “Unicorn”, noi e gli enti partner ci siamo chiesti quale fosse il dispositivo più difficile da realizzare e la risposta è stata: un rivelatore per osservare il processo del doppio decadimento beta senza neutrini dal quale risalire alla massa del neutrino. In questa sfida scientifica, che non sappiamo se sarà coronata o meno dal successo, ogni esperimento e ogni risultato costituirà un progresso nel campo dei rivelatori di radiazioni a scintillazione“.
