Quelltext der Seite OPERA (Experiment)

[[Datei:OPERA-Experiment-Nov2005.jpg|miniatur|OPERA-Experiment während des Aufbaus]]

Das '''OPERA-Experiment''' ([[Akronym]] für '''''O'''scillation '''P'''roject with '''E'''mulsion t'''R'''acking '''A'''pparatus'', auf Deutsch in etwa: ''Projekt zur Untersuchung von Neutrinooszillation mit einem lichtempfindlichen Apparat'') ist ein physikalisches [[Experiment]] zur [[Neutrinooszillation]]. Es untersucht die Oszillation von [[Myon]]-[[Neutrino]]s zu τ-Neutrinos. Es war das erste ''Appearance-Experiment'', das heißt, es wies das Auftauchen von τ-Neutrinos in einem rein [[myon]]ischen Neutrinostrahl nach. Die Konstruktion begann 2003 und erste Neutrinos des CNGS-Strahls konnten bei einem Test im August 2006 nachgewiesen werden, als die meisten elektronischen [[Teilchendetektor|Detektoren]] einsatzbereit waren. 2008 nahm der OPERA-Detektor seinen vollständigen Betrieb auf.<ref>{{Cite journal|title=Status of the OPERA neutrino experiment|author=H. Pessard|journal=Proceedings of the European Physical Society. Europhysics Conference on High Energy Physics|arxiv=0910.5701|year=2009|language=en}}</ref> Anfang Dezember 2012 wurde der Betrieb eingestellt. Die Auswertung der Daten wird allerdings noch fortgesetzt.<ref name=sterne-und-weltraum1301>{{Internetquelle|titel=Das Kabel, das die Physik erschütterte|hrsg=ASTROnews|autor=Robert Gast|datum=9. Januar 2013|zugriff=30. Januar 2013|url=http://www.sterne-und-weltraum.de/alias/neutrinos/das-kabel-das-die-physik-erschuetterte/1180501|archiv-url=https://web.archive.org/web/20130130002653/http://www.sterne-und-weltraum.de/alias/neutrinos/das-kabel-das-die-physik-erschuetterte/1180501|archiv-datum=2013-01-30|offline=ja}}</ref>

== Aufbau ==
=== Neutrinoquelle ===
OPERA nutzte als Neutrinoquelle den [[CNGS]]-Strahl des [[CERN]]. Am [[Super Proton Synchrotron|SPS]]-[[Teilchenbeschleuniger]] am CERN wurden dabei [[Hadron]]en erzeugt, die durch ihren Zerfall myonische Neutrinos erzeugten. Der Strahl zeichnete sich durch eine kleine [[Stoffreinheit|Kontamination]] mit Elektron-Neutrinos und durch eine extrem geringe Kontamination mit τ-Neutrinos aus. Beide Kontaminationen waren in ihrer Stärke bekannt. Der Neutrinostrahl durchquerte aufgrund der geringen Wechselwirkung mit Materie ohne messbare Verluste die Strecke von etwa 730&nbsp;km durch die Erdkruste bis zum Detektor in Italien.

=== Detektor ===
Das Kernstück des Experiments war der Neutrino-Detektor. Er befand sich in Halle C des [[LNGS]]-Untergrundlabors im [[Gran Sasso|Gran-Sasso]]-Massiv nahe L’Aquila ([[Abruzzen]]) in Italien, mit einer Ausdehnung von etwa 20&nbsp;m Länge, 10&nbsp;m Höhe und 10&nbsp;m Breite. Die Gesamtmasse des Detektors betrug annähernd 5000&nbsp;t und verfügte über 200.000 Einzel[[sensor]]en. Als [[Target (Physik)|Target]] dienten ca. 1300&nbsp;t [[Blei]] in 1&nbsp;mm dicken Bleiplatten. In jedem Einzelsensor befanden sich 56 dieser Bleiplatten, welche sich mit Photoplatten ([[Photoemulsion]]) abwechselten. Die Photoplatten werden als [[Emulsion Cloud Chamber]]s (ECC) bezeichnet und dienen zum Nachweis von geladenen Teilchen, die bei einer Neutrino-Reaktion entstehen. Weiterhin waren elektronische [[Tracker (Physik)|Tracker]] im Target verbaut, welche die Lokalisation einer Reaktion in Echtzeit ermöglichten. Die betroffenen Teile des Targets wurden dann voll automatisiert entnommen, die Photoplatten entwickelt und mit [[Mikroskop]]en ausgewertet. Zusätzlich befand sich ein Myon-[[Spektrometer]] hinter dem Target. Diese Anordnung (das sog. ''Super-Modul'') war in identischer Form ein zweites Mal hinter dem ersten Super-Modul aufgebaut. Da der OPERA-Detektor sowohl passive Elemente (Photoemulsionen) als auch aktive Elemente (elektronische Detektoren) besaß, bezeichnete man ihn als ''Hybriddetektor''.

== Nachweis der τ-Neutrinos ==
Die τ-Neutrinos wurden über den Zerfall des [[τ-Lepton]]s nachgewiesen, das bei der Reaktion des Neutrinos mit dem Target entstand. Der Zerfall in z.&nbsp;B. ein Myon (und zwei für den Detektor unsichtbare Neutrinos) erzeugte einen charakteristischen Knick in der Teilchenspur. Dieser Knick konnte durch die hochaufgelöste Teilchenbahn-Rekonstruktion mittels der Photoplatten erkannt werden. Aufgrund dieser starken Signatur des τ-Leptons hatte diese Messung einen sehr geringen [[Rauschen (Physik)|Untergrund]]. Aus der Anzahl der nachgewiesenen τ-Neutrinos konnte <math>\Delta m_{23}^{2}</math>, ein Parameter der Neutrinooszillation, errechnet werden. Nach dem gegenwärtig bekannten Wert für <math>\Delta m_{23}^{2}</math> aus vorhergehenden Messungen des japanischen [[Super-Kamiokande]]-Experiments und des amerikanischen [[MINOS]]-Experiments erwartete man lediglich 11 τ-Neutrinos in der fünfjährigen Laufzeit (bei der vom CERN vorhergesagten [[Intensität (Physik)|Intensität]] des Neutrinostrahls). Wegen des geringen Untergrunds war diese Messung aber trotzdem [[Statistische Signifikanz#Irrtumswahrscheinlichkeit und Signifikanzniveau|hochsignifikant]].

Am 31. Mai 2010 beobachteten die OPERA-Forscher den ersten Kandidaten für ein τ-Neutrino-Ereignis.<ref>{{cite journal
 |author=N. Agafonova ''et al.'' (OPERA Collaboration)
 |year=2010
 |title=Observation of a first ν<sub>τ</sub> candidate event in the OPERA experiment in the CNGS beam
 |journal=[[Physics Letters]] B
 |volume=691 |issue=3 |pages=138–145
 |arxiv=1006.1623
 |bibcode = 2010PhLB..691..138A
 |doi=10.1016/j.physletb.2010.06.022
 |language=en
}}</ref>
Am 6. Juni 2012 wurde ein zweites τ-Neutrino-Ereignis beobachtet.<ref>{{cite web|title=OPERA Observes the Second Tau Neutrino|publisher=INFN press release|url=http://www.interactions.org/cms/?pid=1031794|date=2012-06-06|accessdate=2012-06-08|language=en}}</ref> Nachdem zwei weitere τ-Neutrino-Ereignisse 2013 und 2014 nachgewiesen werden konnten, ist mit dem 5. nachgewiesenen Ereignis eine statistische Signifikanz von 5 Sigma erreicht, die Wahrscheinlichkeit einer statistischen Fluktuation ohne Signal ist damit unter eins zu einer Million. Die Entdeckung wurde am 16. Juni 2015 bekanntgegeben. Die Auswertung der Daten wird fortgesetzt.<ref>[http://home.web.cern.ch/about/updates/2015/06/opera-detects-its-fifth-tau-neutrino ''OPERA detects its fifth tau neutrino''] auf der [[CERN]] Webseite</ref>

== Untersuchung der Neutrinogeschwindigkeit ==
{{Hauptartikel|Messungen der Neutrinogeschwindigkeit}}
Am 23. September 2011 veröffentlichte OPERA eine Arbeit, in der die Messung einer [[Überlichtgeschwindigkeit]] der Neutrinos, im Widerspruch zu bislang anerkannten Grundgesetzen der Physik, vermeldet wurde. Es wurden allerdings Fehler in der Experimentaldurchführung gefunden, und eine neue Messung durch [[ICARUS]] ergab Übereinstimmung mit der Lichtgeschwindigkeit.<ref name=sterne-und-weltraum1301 /> In ihrer abschließenden Veröffentlichung wurden die Fehlerquellen berücksichtigt, und es ergab sich wie bei ICARUS eine Übereinstimmung mit der Lichtgeschwindigkeit.<ref>{{cite journal|author=OPERA collaboration|title=Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam|journal=Journal of High Energy Physics|issue=10|pages=93|year=2012|arxiv=1109.4897v4|doi=10.1007/JHEP10(2012)093|language=en}}</ref> Eine weitere, 2012 durchgeführte Messung bestätigte dieses Resultat.<ref>{{Cite journal | author=OPERA collaboration|title=Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam using the 2012 dedicated data | journal=Journal of High Energy Physics| issue=1 | pages=153 | year=2013 | doi=10.1007/JHEP01(2013)153|arxiv=1212.1276 | language=en}}</ref>

== Weblinks ==
{{Commonscat|OPERA experiment|OPERA}}
* [http://operaweb.lngs.infn.it/ Opera Main Page] <!-- falls die richtige Seite wieder ausfällt, ggf. auf http://www.nu.to.infn.it/exp/all/opera/ ausweichen-->
* [http://www-opera.desy.de/ OPERA-High Precision Tracker (Teil des Myon Spektrometers)]
* [http://www.lngs.infn.it/ LNGS]
* [http://proj-cngs.web.cern.ch/proj-cngs/ CNGS Neutrino-Strahl am CERN]
* {{Webarchiv | url=http://www.scienceticker.info/2010/06/01/umwandlung-von-neutrinos-beobachtet/ | wayback=20160304140023 | text=Erster Nachweis eines τ-Neutrinos durch OPERA}}. Scienceticker, 1. Juni 2010

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Neutrino-Observatorium]]
[[Kategorie:CERN]]