La previsione precisa di un terremoto rimane uno dei problemi aperti più difficili della geofisica. Una proposta innovativa per affrontare questa sfida è stata sviluppata da una collaborazione interdisciplinare coordinata da Luca Serafini (INFN-Milano/LASA), che ha saputo mettere a sistema eccellenze scientifiche diverse, molte delle quali coltivate proprio tra le mura del LASA: il Gruppo di Fisica dei Fasci guidato da Luca Serafini e il Laboratorio di Paleomagnetismo fondato dal Professor Giovanni Muttoni (DISTAD, Università degli Studi di Milano). Da questo incontro è nata l'intuizione centrale di ERMES. La collaborazione si estende alle Sezioni INFN di Milano e Ferrara, al DISTAD, con contributi dell'Università La Sapienza di Roma e del Politecnico di Milano.
La tecnica ERMES (Earthquake Reconnaissance via Muon beam Evolution in Silicon dioxide) sfrutta fasci di muoni di altissima energia (ordine del TeV) per investigare i campi piezoelettrici generati dal quarzo sottoposto a pressione tettonica nelle zone di faglia. I muoni attraversano diversi chilometri di roccia solida e trasportano fino al detector informazioni sull'evoluzione temporale dello stress tettonico, precursore diretto di un evento sismico. La Sezione di Milano ha contribuito allo sviluppo del codice MuAEGIS (Muon Underground Active Earthquake Genesis Investigation Software), realizzato da M. Rossetti Conti: un software che simula il trasporto di particelle cariche nella crosta terrestre, integrando perdita di energia, scattering multiplo e il random walk piezoelettrico nei cristalli di quarzo sottoposti a stress.
Lo studio è pubblicato su Physical Review Research (2025); un secondo articolo più recente è disponibile su arXiv. Una presentazione divulgativa è stata realizzata da Valerio Rossi Albertini su La7 (L'Aria che Tira, dal minuto 1:41:10).
Prospettive di ricerca
Le previsioni teoriche e i risultati delle simulazioni numeriche fin qui ottenuti aprono un programma su più fronti:
- Lente muonica e acceleratori futuri. Il secondo articolo introduce la lente muonica, un dispositivo innovativo per focalizzare fasci di muoni ad alta emittanza. Oltre all'applicazione diretta in ERMES, il concetto sarà oggetto di studio teorico in vista di possibili applicazioni su acceleratori futuri, inclusi scenari legati ai muon collider.
- Propagazione del fascio nella roccia. Proseguiranno gli studi teorici e simulativi sul trasporto del fascio di muoni attraverso strati di roccia quarzosa, approfondendo il ruolo dei muoni secondari e esplorando configurazioni fino a 3 km di spessore con fasci a 10 TeV.
- Studi statistici sul numero di muoni. Saranno condotti studi sistematici per definire quanti muoni occorra raccogliere per effettuare una misura affidabile dello stress tettonico, fissando criteri quantitativi di rilevabilità del segnale in condizioni realistiche.
- Modellizzazione della piezoelettricità nella matrice policristallina. Sarà sviluppata una modellizzazione più raffinata della piezoelettricità all'interno e all'esterno dei cristalli di quarzo nella roccia granitica, includendo sia il caso statistico (cristalli orientati casualmente) sia possibili effetti di piezoelettricità coerente in rocce milonitiche
- Validazione sperimentale. Saranno effettuate la progettazione e partecipazione agli esperimenti di proof-of-principle di fase 1 (con elettroni) e di fase 2 (con muoni) come descritti nell’articolo pubblicato su Phys. Rev. Res. Si tratta di esperimenti pilota di fisica dei fasci in un “ambiente” piezoelettrico mai sperimentato finora, propedeutici alla validazione sperimentale dello schema ERMES.
