OPERA: differenze tra le versioni

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'''OPERA''' ([[acronimo]] di '''Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus''') è un [[esperimento]] di [[Fisica delle particelle|fisica delle alte energie]] progettato per studiare le [[oscillazione di neutrino|oscillazioni]] dei [[neutrino muonico|neutrini muonici]] in [[neutrino tauonico|neutrini tauonici]]. È una collaborazione tra il [[CERN]] di [[Ginevra]] e i [[Laboratori Nazionali del Gran Sasso]] (LNGS) e usa il fascio di neutrini del progetto [[CERN Neutrinos to Gran Sasso]] (CNGS).

Il fascio di neutrini muonici viene prodotto nell'acceleratore [[Super Proton Synchrotron|SPS]] del [[CERN]] dove un fascio di protoni viene accelerato per poi colpire un bersaglio di [[carbonio]]. In questa fase vengono prodotti [[pioni]] e [[Kaone|kaoni]] che, decadendo, danno origine a [[Muone|muoni]] e [[neutrino muonico|neutrini muonici]]. Per indirizzare i neutrini, il fascio di mesoni viene focalizzato mediante una tromba magnetica.<ref>{{cita web|autore=Jim Al-Khalili|url=http://www.jimal-khalili.com/blog/faster-than-the-speed-of-light.html#more-1055|titolo=Faster than the speed of light?|data=18 novembre 2011|editore=jimal-khalili.com|accesso=11 febbraio 2012|lingua=en|urlmorto=sì|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20140201230116/http://www.jimal-khalili.com/blog/faster-than-the-speed-of-light.html#more-1055}}</ref> Il fascio viaggia quindi sotto terra per 730 km dal [[CERN]] fino ai [[Laboratori Nazionali del Gran Sasso]], coprendo tale distanza in 2.4 millisecondi. Un esperimento di questo tipo, in cui il fascio prodotto da un acceleratore è diretto verso un rivelatore distante centinaia di chilometri, viene detto ‘‘long-baseline’’.

Il responsabile internazionale dell'esperimento è Giovanni De Lellis, dell'[[Università Federico II]] e dell'[[Istituto nazionale di fisica nucleare|INFN]] di Napoli.<ref>{{cita web|url=http://www.ilfattoquotidiano.it/2013/03/26/fisica-osservato-neutrino-trasformista-da-cern-e-infn/542745/#.UVRmqLWfwxg.facebook|titolo=Fisica, osservato un neutrino "trasformista" da Cern e Infn|data=26 marzo 2013|accesso=2 ottobre 2015}}</ref> Il precedente responsabile di OPERA è stato il [[fisica|fisico]] [[Antonio Ereditato]], che si è dimesso nel 2012.<ref>{{cita web|url=http://daily.wired.it/news/scienza/2012/03/30/dimissioni-ereditato-neutrini-luce-13964.html|titolo=Neutrini più veloci della luce: si dimette il fisico dell'esperimento|autore=Valentina Arcovio|data=30 marzo 2012|accesso=2 ottobre 2015}}</ref>

L'esperimento OPERA ha raccolto dati dal 2008 al 2012.

== Rivelatore ==

OPERA, situato nella Hall C dei laboratori sotterranei del Gran Sasso, è stato costruito tra il 2003 e il 2008. Il suo rivelatore, delle dimensioni di 10m x 10m x 20m e del peso di circa 4000 tonnellate, era costituito da due super-moduli (SM) identici, allineati lungo la direzione del fascio CNGS. Il rivelatore era basato su un apparato ibrido costituito sia da rivelatori elettronici che da rivelatori visuali (le emulsioni nucleari).

OPERA, situato nella Hall C dei laboratori sotterranei del Gran Sasso, è stato costruito tra il 2003 e il 2008. Il [[tauone]] che risulta dall'interazione di un neutrino tauonico viene osservato nelle [[emulsione nucleare|emulsioni nucleari]] contenute in rivelatori (dal peso di 8,3&nbsp;kg) che sono intervallate da fogli di piombo. I due supermoduli di OPERA contengono {{tutto attaccato|150 000}} rivelatori disposti su muri paralleli intervallati da [[Scintillatore|scintillatori]] plastici. Ogni supermodulo è seguito da uno [[spettrometro]] magnetico per misurare la [[quantità di moto]] e la carica della particella entrante. Durante la presa dati, l'interazione di un neutrino e il suo rivelatore corrispondente sono individuati in tempo reale dagli scintillatori e dagli spettrometri. Questi rivelatori sono poi estratti dai muri per lo sviluppo delle emulsioni, la scansione e la ricerca topologica e cinematica dei decadimenti del tauone.<ref>{{cita web|url=http://operaweb.lngs.infn.it/spip.php?rubrique39|titolo=Opera – The Opera Detector|editore=operaweb.lngs.infn.it|accesso=11 febbraio 2012|lingua=en}}</ref>

[[File:OPERA Detector.jpg|alt=Il rivelatore di OPERA|miniatura|Il rivelatore di OPERA]]

Il [[tauone]] che risulta dall'interazione di un neutrino tauonico viene osservato nelle Emulsion Cloud Chamber (ECC, dette "''brick''"), strutture modulari, delle dimensioni di 12.7 × 10.2 × 7.5 cm³ e del peso di 8.3 kg ciascuno, realizzate alternando 56 lastre di piombo, materiale inerte e con alto Z, spesse 1 mm, a speciali lastre fotografiche chiamate [[emulsione nucleare|emulsioni nucleari]]<ref>{{Cita libro|titolo=Particle Physics Reference Library: Volume 2: Detectors for Particles and Radiation|url=http://link.springer.com/10.1007/978-3-030-35318-6|accesso=2021-09-11|data=2020|editore=Springer International Publishing|lingua=en|ISBN=978-3-030-35317-9|DOI=10.1007/978-3-030-35318-6}}</ref>, sensibili al passaggio delle particelle cariche. Le emulsioni nucleari consentono di ricostruire la traiettoria delle particelle cariche con una precisione inferiore al [[micron]], precisione necessaria a identificare il vertice di interazione di neutrino e il [[tauone]] presente nelle interazioni di [[neutrino tauonico]], data la sua breve vita media (2.9·10^-13 s).

Nell'intero rivelatore erano presenti 9 milioni di emulsioni nucleari, in circa 150 000 ''brick''.

I brick erano assemblati in modo da formare, in ogni super-modulo, 31 strutture piane parallele dette "parete" (''wall''), posta trasversalmente rispetto alla direzione del fascio, a cui erano accoppiati due piani di tracciatori costituiti da barre di [[scintillatore]] plastico (''Target Tracker''). Alla fine di ogni supermodulo era presente uno [[spettrometro]] magnetico per identificare i [[Muone|muoni]] e determinarne la carica e l’[[Impulso (fisica)|impulso]]. Durante la presa dati, il brick in cui è avvenuta l'interazione di neutrino era individuato in tempo reale dagli scintillatori e dagli spettrometri. Il brick contenente l'interazione veniva poi estratto dal muro per lo sviluppo chimico delle emulsioni, la scansione attraverso microscopio ottico e la ricerca topologica e cinematica dei decadimenti del [[tauone]].<ref>{{cita web|url=http://operaweb.lngs.infn.it/spip.php?rubrique39|titolo=Opera – The Opera Detector|editore=operaweb.lngs.infn.it|accesso=11 febbraio 2012|lingua=en}}</ref>

== Il fascio CNGS ==

Il fascio [[CERN Neutrinos to Gran Sasso|CNGS]] (CERN Neutrinos to Gran Sasso) era generato dall'acceleratore SPS del CERN, partendo da un fascio di protoni a 400 [[Elettronvolt|GeV]] che veniva fatto collidere con un bersaglio di [[grafite]] all'interno del tunnel CNGS. Le particelle risultanti, [[Kaone|kaoni]] e [[Pione|pioni]], venivano quindi concentrate con una lente magnetica e viaggiavano per 1 km lungo il tunnel del CNGS in un tubo a vuoto. Queste particelle sono naturalmente instabili, e i loro prodotti di decadimento includono [[Muone|muoni]] e [[Neutrino muonico|neutrini muonici]]. Tutte le particelle, i neutrini sono gli unici che, interagendo raramente con la materia, continuano il loro tragitto inalterati, percorrendo 730 km attraverso la [[crosta terrestre]], fino ad arrivare al rivelatore di OPERA. L'energia media dei neutrini prodotti era 17 [[Elettronvolt|GeV]]. La contaminazione del fascio in termini di interazioni attese nel rivelatore era del 2.1% per [[Antineutrino|antineutrini]] muonici e inferiore all'1% per la somma di neutrini e antineutrini elettronici, mentre la contaminazione di [[Neutrino tauonico|neutrini tau]] era trascurabile.

== Osservazioni sperimentali ==