利用2000噸重的乳膠尋跡設備開展中微子振蕩實驗項目（Oscillation Project with Emulsion Tracking Apparatus，簡稱OPERA）已獲得西歐中心批準。

西歐中心的中微子束流到意大利Gran Sasso的項目正在建造中?？⒐ず?，將從西歐中心將高能中微子束流送到730公里以外的意大利地下Gran Sasso實驗室，那里將組裝OPERA探測器。預計2005年發(fā)送第一批中微子。該實驗有包括西歐中心、中國和日本在內的12個國家的33個研究機構參加。

傳統(tǒng)上說來，中微子有三種——電子中微子、μ子中微子和τ中微子（取決于它們的伴粒子）。這些中微子的類型假設是不變的，所以與μ子一道產(chǎn)生的中微子應該永遠是μ子中微子。

但是，監(jiān)視大氣中由宇宙線產(chǎn)生的中微子到達的主要實驗提供了中微子不是不變的強烈跡象。為解釋所觀測到的這一行為，即一些出發(fā)的μ子中微子途中可能轉變?yōu)?/SPAN>τ中微子，并為使看到這樣的中微子“振蕩”的機會達到最大程度，實驗需要一個長“基線”，本項目就是基于西歐中心和Gran Sasso實驗室之間730公里的距離。因為這些振蕩，離開西歐中心時，出發(fā)的μ子的中微子束在到達Gran Sasso時含有τ中微子。它們相互作用時，這些τ中微子可產(chǎn)生極不穩(wěn)定的τ輕子，這些τ輕子在中微子相互作用點1毫米內衰變。識別這些極小的衰變過程是OPERA實驗的主要目標。

為此，必須使用一臺空間分辨率出色的探測器。OPERA所選擇的技術是乳膠云室技術，用由乳膠層間隔開來的吸收體（鉛）材料片展示由中微子相互作用留下的軌跡。OPERA的基本部件是一個由1毫米厚的鉛板后面跟著一個薄膜構成的單元，薄膜由一個200微米塑料片基、每側有一對大約50微米的乳膠層組成，如下圖所示。所有單元依次排列在可抽取的“磚塊”中，磚塊用來建“壁”、模塊和超級模塊。乳膠云室的格子下游是個μ子譜儀。

 OPERA采用1毫米厚的鉛板片，鉛板間為薄膜，上圖說明中微子的軌跡如何開始。

每個可抽取的磚塊，重8.3公斤，尺寸為10.2 x 12.7厘米（與束流橫向）和7.5厘米（沿束流方向），由56個單個單元組成。探測器壁由3264塊磚塊組成，有兩個電子尋跡器（塑料閃爍體由波長轉變光纖讀出）平面，構成一個模塊。每個靶超級模塊24個模塊組成，與束流垂直的截面約為6 x 7 米的整個探測器有3個超級模塊，共235000塊磚塊。

上圖為模擬OPERA中的τ中微子相互作用。束流從左邊進入并撞擊磚塊壁中的原子核。每個壁后面都跟隨與束流垂直的靶尋跡器平面。右邊溜走的長軌跡是μ子。

2000年在費米實驗室的DONUT（Direct Observation of NU Tau）（直接觀測ν_τ）實驗中，通過采用乳膠云室技術首次觀測到明顯的τ中微子信號，顯示出乳膠云室技術的效力。中微子將一個高能質子束撞入一個緊湊型“束流收集器”中，從而直接產(chǎn)生少量的像τ一樣的中微子，而不是通過振蕩產(chǎn)生這樣的中微子，DONUT實驗監(jiān)視到了中微子的結果。

由于天然的差異，待中微子束到達Gran Sasso實驗室時，它已經(jīng)散開在800米的區(qū)域內。這意味著，雖然OPERA強大，但它只能看到一小部分到達的束流。

為建造這個探測器，Gran Sasso 實驗室的一條組裝線將按每分鐘約兩塊的速度把鉛板和乳膠膜疊成磚塊。計算機控制的機器人將按其分配的位置將磚塊排列起來。要將磚塊填充在探測器里大約需要一年的時間。

在粒子物理實驗中，乳膠膜具有很長的歷史。一個重要的事件是1947年進行的宇宙線研究中發(fā)現(xiàn)了π介子。上個世紀70年代末，日本名古屋組率先利用計算機處理的顯微鏡進行自動乳膠掃描。日本的乳膠被用于在西歐中心進行的CHORUS（CERN Hybrid Oscillation Research apparatUS）中微子實驗和在費米實驗室進行的DONUT實驗。然而，OPERA所需要的乳膠量將超過任何以前實驗所用的乳膠量。一種新的工業(yè)技術正在名古屋和富士膠片公司之間的合作中不斷完善。

實驗進行時，整個探測器會不斷地被其電子探測器所監(jiān)視。這些電子尋跡器位于每個壁的下游，也被用來識別中微子相互作用發(fā)生的磚塊。這些磚塊（每天30）被移到地下大廳之外進行標定，然后拆開，沖洗乳膠板。

為查找中微子相互作用的地點，需要采用比CHORUS和DONUT實驗使用的更快的掃描程序。這樣的程序正在開發(fā)中。進一步掃描將尋找τ衰變的結果和τ中微子相互作用的結果。按目前實驗提出的振蕩率，OPERA在5年的運行時間內，應該感到約15次τ中微子相互作用。如果是這樣，那將證明在大氣中微實驗中觀測到的像μ子一樣的中微子的消失的確是因為振蕩成為τ一樣的中微子。

OPERA探測器示意圖
　　

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