Experiência OPERA - OPERA experiment

O Projeto de Oscilação com Emulsion-tRacking Apparatus ( OPERA ) foi um instrumento usado em um experimento científico para detectar neutrinos de tau a partir de oscilações de neutrinos de múon . O experimento é uma colaboração entre o CERN em Genebra , Suíça , e o Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) em Gran Sasso , Itália , e usa o feixe de neutrinos do CERN Neutrinos a Gran Sasso (CNGS) .

O processo começou com prótons do Super Proton Synchrotron (SPS) no CERN sendo disparados em pulsos em um alvo de carbono para produzir píons e kaons . Essas partículas decaem para produzir múons e neutrinos .

O feixe do CERN foi interrompido em 3 de dezembro de 2012, encerrando a coleta de dados, mas a análise dos dados coletados continuou.

Detector

O OPERA, no Hall C dos laboratórios subterrâneos de Gran Sasso, foi construído em 2003-2008. As taus resultantes da interação dos neutrinos da tau são observadas em "tijolos" de filmes fotográficos ( emulsão nuclear ) intercalados com folhas de chumbo. Cada tijolo pesa 8,3 kg; os dois supermódulos OPERA contêm 150.000 tijolos dispostos em paredes paralelas intercaladas com contadores cintiladores de plástico . Cada supermódulo é seguido por um espectrômetro magnético para momentum e identificação de carga de partículas penetrantes. Durante a coleta de dados, uma interação de neutrino e seu bloco correspondente são marcados em tempo real pelos cintiladores e espectrômetros. Esses tijolos são extraídos das paredes de forma assíncrona em relação ao feixe para o desenvolvimento do filme, digitalização e para a pesquisa topológica e cinemática de decaimentos de tau.

Neutrinos tau

No total, cinco neutrinos tau foram detectados. Em 31 de maio de 2010, os pesquisadores do OPERA observaram o primeiro evento candidato a neutrino tau em um feixe de neutrino múon. Em 6 de junho de 2012, o OPERA anunciou a observação de um segundo evento de neutrino tau. Em 26 de março de 2013, o experimento detectou pela terceira vez um neutrino de múon oscilando em um neutrino de tau durante a viagem do CERN para o LNGS . O quarto foi encontrado em 2014, e o quinto foi visto em 2015.

Medições de tempo de voo

Em setembro de 2011, os pesquisadores do OPERA observaram neutrinos do múon aparentemente viajando mais rápido do que a velocidade da luz . Em fevereiro e março de 2012, os pesquisadores do OPERA atribuíram esse resultado a um cabo de fibra ótica solto conectando um receptor GPS a uma placa eletrônica em um computador. Em 16 de março de 2012, um relatório anunciou que um experimento independente no mesmo laboratório, também usando o feixe de neutrino CNGS, mas desta vez o detector ICARUS , não encontrou nenhuma diferença perceptível entre a velocidade de um neutrino e a velocidade da luz. Em maio de 2012, os experimentos do Gran Sasso com BOREXINO, ICARUS, LVD e OPERA mediram a velocidade dos neutrinos com um feixe de pulso curto e obtiveram concordância com a velocidade da luz, mostrando que o resultado original do OPERA estava errado. Finalmente, em julho de 2012, a colaboração OPERA atualizou seus resultados. Depois que os efeitos instrumentais mencionados acima foram levados em consideração, foi mostrado que a velocidade dos neutrinos é consistente com a velocidade da luz. Isso foi confirmado por um novo conjunto de medições aprimorado em maio de 2013.