OPERA (эксперимент)

Координаты: 42°27′36″ с. ш. 13°34′12″ в. д. / 42.46, 13.57 ^(G) (O)42.46, 13.57

Детектор OPERA

OPERA (англ. Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) — эксперимент по изучению нейтринных осцилляций. Он направлен на доказательство гипотезы превращения одних типов нейтрино (электронные, мюонные и тау-нейтрино) в другие. В 2010 году в рамках эксперимента были получены прямые доказательства того, что мюонные нейтрино могут превращаться в тау-нейтрино^[1].

Для эксперимента используется пучок мюонных нейтрино, создаваемый протонным суперсинхротроном (SPS) ЦЕРН в Женеве направленный в подземную лабораторию Гран-Сассо (LNGS), где находится детектор OPERA, использующийся в первую очередь для выявления тау-нейтрино появляющихся от осцилляций мюонных нейтрино. Путь в 732 километра от ЦЕРН до лаборатории Гран-Сассо занимает у частиц 3 миллисекунды. Детектор проекта OPERA состоит из примерно 150 тысяч элементов (т. н. «кирпичей» (brick)) общей массой 1300 тонн: свинцовых пластин прослоенных эмульсионной плёнкой весом 8,3 кг каждая^[2]. Кроме них аппарат комплектуется электронными детекторами и другой вспомогательной инфраструктурой. Его сооружение было начато в 2003 году и завершена весной-летом 2008 года. В данный момент эксперимент в своей активной фазе.

В проекте OPERA принимают участие примерно 200 физиков из 36 институтов и 13 стран, в том числе и из России^[3].

Результаты 2011 года

Схема эксперимента, система синхронизации и карта, на которой показаны расположение ЦЕРН, Гран-Сассо и траектория нейтрино.

22 сентября 2011 года в архиве электронных препринтов появился препринт статьи, в которой авторами анализируются возможные причины, приводящие к сверхсветовой скорости перемещения нейтрино от источника до детектора^[4][5]. Однозначной трактовки полученных результатов нет.

Позднее^{[когда?]} эксперимент был повторен тем же проектом на той же установке с измененной методикой: нейтрино отправлялись короткими импульсами длительностью 3 нс с интервалом в 524 нс, в результате чего было достоверно зарегистрировано 20 нейтрино. Измерение их скорости подтвердило первоначальные предположения об их движении со сверхсветовой скоростью^[6][7].

В феврале 2012 года удалось выявить некоторые предполагаемые аппаратные ошибки в работе использованного нейтринного детектора OPERA. Однако, это не прояснило ситуацию окончательно, поскольку у этих погрешностей было разноимённое (в плюс и минус) влияние, а их точная величина – не установлена. Первый возможный источник погрешности – осциллятор, который используется для получения метки времени для синхронизации с GPS, что может привести к переоценке времени полёта нейтрино. Второй — оптический разъём волокна, которое передаёт сигнал GPS на часы OPERA. Его неправильная работа, вероятно, приводит к недооценке времени полёта нейтрино.

Повторные опыты были проведены в рамках эксперимента ICARUS. Этот детектор нейтрино также расположен в лаборатории Гран-Сассо и также способен ловить частицы, посылаемые из ЦЕРНа. Результаты опытов с короткими пучками частиц на ICARUS показали, что нейтрино достигли детектора в точном соответствии с теорией, то есть они не двигались быстрее света в вакууме.

В мае 2012 года OPERA провела ряд контрольных экспериментов и пришла к окончательному выводу, что причиной ошибочного вывода о сверхсветовой скорости стал технический дефект (плохо вставленный разъём оптического кабеля)^[8].

Примечания

1. ↑ Физики достоверно обнаружили нейтрино-оборотни. Lenta.ru (6 марта 2010). Проверено 25 июня 2010.
2. ↑ The OPERA Detector. Официальный сайт эксперимента OPERA. Проверено 25 июня 2010.
3. ↑ The OPERA Collaboration. Официальный сайт эксперимента OPERA. Проверено 25 июня 2010.
4. ↑ Элементы — новости науки: Эксперимент OPERA сообщает о наблюдении сверхсветовой скорости нейтрино
5. ↑ http://static.arxiv.org/pdf/1109.4897.pdf
6. ↑ Эксперимент OPERA подтверждает предыдущие данные о нейтрино, летящих быстрее скорости света. » DailyTechInfo - Новости науки и технологий, новинки техники
7. ↑ http://inspirehep.net/record/928153/files/arXiv:1109.4897.pdf?version=3
8. ↑ Эксперимент OPERA окончательно «закрыл» сверхсветовые нейтрино.

См. также

• Список экспериментов в физике нейтрино

Ссылки

• Официальный сайт проекта Opera  (англ.)
• arΧiv:1006.1623 N. Agafonova et al. (OPERA Collaboration), Observation of a first ν_τ candidate in the OPERA experiment in the CNGS beam, Submitted to Physics Letters B — публикация, посвящённая первому экспериментальному случаю превращения мюонных нейтрино в тау-нейтрино.  (англ.)
• Подробно об эксперименте OPERA Статья в «Украинской технической газете»