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[[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 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 m Länge, 10 m Höhe und 10 m Breite. Die Gesamtmasse des Detektors betrug annähernd 5000 t und verfügte über 200.000 Einzel[[sensor]]en. Als [[Target (Physik)|Target]] dienten ca. 1300 t [[Blei]] in 1 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. 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] 
* [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]]

OPERA (Experiment) - Versionsgeschichte

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