利用2000吨重的乳胶寻迹设备开展中微子振荡实验项目（Oscillation Project with Emulsion Tracking Apparatus，简称OPERA）已获得西欧中心批准。

西欧中心的中微子束流到意大利Gran Sasso的项目正在建造中。竣工后，将从西欧中心将高能中微子束流送到730公里以外的意大利地下Gran Sasso实验室，那里将组装OPERA探测器。预计2005年发送第一批中微子。该实验有包括西欧中心、中国和日本在内的12个国家的33个研究机构参加。

传统上说来，中微子有三种——电子中微子、μ子中微子和τ中微子（取决于它们的伴粒子）。这些中微子的类型假设是不变的，所以与μ子一道产生的中微子应该永远是μ子中微子。

但是，监视大气中由宇宙线产生的中微子到达的主要实验提供了中微子不是不变的强烈迹象。为解释所观测到的这一行为，即一些出发的μ子中微子途中可能转变为τ中微子，并为使看到这样的中微子“振荡”的机会达到最大程度，实验需要一个长“基线”，本项目就是基于西欧中心和Gran Sasso实验室之间730公里的距离。因为这些振荡，离开西欧中心时，出发的μ子的中微子束在到达Gran Sasso时含有τ中微子。它们相互作用时，这些τ中微子可产生极不稳定的τ轻子，这些τ轻子在中微子相互作用点1毫米内衰变。识别这些极小的衰变过程是OPERA实验的主要目标。

为此，必须使用一台空间分辨率出色的探测器。OPERA所选择的技术是乳胶云室技术，用由乳胶层间隔开来的吸收体（铅）材料片展示由中微子相互作用留下的轨迹。OPERA的基本部件是一个由1毫米厚的铅板后面跟着一个薄膜构成的单元，薄膜由一个200微米塑料片基、每侧有一对大约50微米的乳胶层组成，如下图所示。所有单元依次排列在可抽取的“砖块”中，砖块用来建“壁”、模块和超级模块。乳胶云室的格子下游是个μ子谱仪。

 OPERA采用1毫米厚的铅板片，铅板间为薄膜，上图说明中微子的轨迹如何开始。

每个可抽取的砖块，重8.3公斤，尺寸为10.2 x 12.7厘米（与束流横向）和7.5厘米（沿束流方向），由56个单个单元组成。探测器壁由3264块砖块组成，有两个电子寻迹器（塑料闪烁体由波长转变光纤读出）平面，构成一个模块。每个靶超级模块24个模块组成，与束流垂直的截面约为6 x 7 米的整个探测器有3个超级模块，共235000块砖块。

上图为模拟OPERA中的τ中微子相互作用。束流从左边进入并撞击砖块壁中的原子核。每个壁后面都跟随与束流垂直的靶寻迹器平面。右边溜走的长轨迹是μ子。

2000年在费米实验室的DONUT（Direct Observation of NU Tau）（直接观测ν_τ）实验中，通过采用乳胶云室技术首次观测到明显的τ中微子信号，显示出乳胶云室技术的效力。中微子将一个高能质子束撞入一个紧凑型“束流收集器”中，从而直接产生少量的像τ一样的中微子，而不是通过振荡产生这样的中微子，DONUT实验监视到了中微子的结果。

由于天然的差异，待中微子束到达Gran Sasso实验室时，它已经散开在800米的区域内。这意味着，虽然OPERA强大，但它只能看到一小部分到达的束流。

为建造这个探测器，Gran Sasso 实验室的一条组装线将按每分钟约两块的速度把铅板和乳胶膜叠成砖块。计算机控制的机器人将按其分配的位置将砖块排列起来。要将砖块填充在探测器里大约需要一年的时间。

在粒子物理实验中，乳胶膜具有很长的历史。一个重要的事件是1947年进行的宇宙线研究中发现了π介子。上个世纪70年代末，日本名古屋组率先利用计算机处理的显微镜进行自动乳胶扫描。日本的乳胶被用于在西欧中心进行的CHORUS（CERN Hybrid Oscillation Research apparatUS）中微子实验和在费米实验室进行的DONUT实验。然而，OPERA所需要的乳胶量将超过任何以前实验所用的乳胶量。一种新的工业技术正在名古屋和富士胶片公司之间的合作中不断完善。

实验进行时，整个探测器会不断地被其电子探测器所监视。这些电子寻迹器位于每个壁的下游，也被用来识别中微子相互作用发生的砖块。这些砖块（每天30）被移到地下大厅之外进行标定，然后拆开，冲洗乳胶板。

为查找中微子相互作用的地点，需要采用比CHORUS和DONUT实验使用的更快的扫描程序。这样的程序正在开发中。进一步扫描将寻找τ衰变的结果和τ中微子相互作用的结果。按目前实验提出的振荡率，OPERA在5年的运行时间内，应该感到约15次τ中微子相互作用。如果是这样，那将证明在大气中微实验中观测到的像μ子一样的中微子的消失的确是因为振荡成为τ一样的中微子。

OPERA探测器示意图

高能所科研处制作 内容由侯儒成译自cerncourier等网