Journal of High Energy Physics

, 2012:93

Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam

  • The OPERA collaboration
  • T. Adam
  • N. Agafonova
  • A. Aleksandrov
  • O. Altinok
  • P. Alvarez Sanchez
  • A. Anokhina
  • S. Aoki
  • A. Ariga
  • T. Ariga
  • D. Autiero
  • A. Badertscher
  • A. Ben Dhahbi
  • A. Bertolin
  • C. Bozza
  • T. Brugière
  • R. Brugnera
  • F. Brunet
  • G. Brunetti
  • S. Buontempo
  • B. Carlus
  • F. Cavanna
  • A. Cazes
  • L. Chaussard
  • M. Chernyavsky
  • V. Chiarella
  • A. Chukanov
  • G. Colosimo
  • M. Crespi
  • N. D’Ambrosio
  • G. De Lellis
  • M. De Serio
  • Y. Déclais
  • P. del Amo Sanchez
  • F. Di Capua
  • A. Di Crescenzo
  • D. Di Ferdinando
  • N. Di Marco
  • S. Dmitrievsky
  • M. Dracos
  • D. Duchesneau
  • S. Dusini
  • T. Dzhatdoev
  • J. Ebert
  • I. Efthymiopoulos
  • O. Egorov
  • A. Ereditato
  • L. S. Esposito
  • J. Favier
  • T. Ferber
  • R. A. Fini
  • T. Fukuda
  • A. Garfagnini
  • G. Giacomelli
  • M. Giorgini
  • M. Giovannozzi
  • C. Girerd
  • J. Goldberg
  • C. Göllnitz
  • D. Golubkov
  • L. Goncharova
  • Y. Gornushkin
  • G. Grella
  • F. Grianti
  • E. Gschwendtner
  • C. Guerin
  • A. M. Guler
  • C. Gustavino
  • C. Hagner
  • K. Hamada
  • T. Hara
  • R. Enikeev
  • M. Hierholzer
  • A. Hollnagel
  • M. Ieva
  • H. Ishida
  • K. Ishiguro
  • K. Jakovcic
  • C. Jollet
  • M. Jones
  • F. Juget
  • M. Kamiscioglu
  • J. Kawada
  • S. H. Kim
  • M. Kimura
  • E. Kiritsis
  • N. Kitagawa
  • B. Klicek
  • J. Knuesel
  • K. Kodama
  • M. Komatsu
  • U. Kose
  • I. Kreslo
  • C. Lazzaro
  • J. Lenkeit
  • A. Ljubicic
  • A. Longhin
  • A. Malgin
  • G. Mandrioli
  • J. Marteau
  • T. Matsuo
  • V. Matveev
  • N. Mauri
  • A. Mazzoni
  • E. Medinaceli
  • F. Meisel
  • A. Meregaglia
  • P. Migliozzi
  • S. Mikado
  • D. Missiaen
  • P. Monacelli
  • K. Morishima
  • U. Moser
  • M. T. Muciaccia
  • N. Naganawa
  • T. Naka
  • M. Nakamura
  • T. Nakano
  • Y. Nakatsuka
  • D. Naumov
  • V. Nikitina
  • F. Nitti
  • S. Ogawa
  • N. Okateva
  • A. Olchevsky
  • O. Palamara
  • A. Paoloni
  • B. D. Park
  • I. G. Park
  • A. Pastore
  • L. Patrizii
  • E. Pennacchio
  • H. Pessard
  • C. Pistillo
  • N. Polukhina
  • M. Pozzato
  • K. Pretzl
  • F. Pupilli
  • R. Rescigno
  • F. Riguzzi
  • T. Roganova
  • H. Rokujo
  • G. Rosa
  • I. Rostovtseva
  • A. Rubbia
  • A. Russo
  • V. Ryasny
  • O. Ryazhskaya
  • O. Sato
  • Y. Sato
  • Z. Sahnoun
  • A. Schembri
  • J. Schuler
  • L. Scotto Lavina
  • J. Serrano
  • I. Shakiryanova
  • A. Sheshukov
  • H. Shibuya
  • G. Shoziyoev
  • S. Simone
  • M. Sioli
  • C. Sirignano
  • G. Sirri
  • J. S. Song
  • M. Spinetti
  • L. Stanco
  • N. Starkov
  • S. Stellacci
  • M. Stipcevic
  • T. Strauss
  • S. Takahashi
  • M. Tenti
  • F. Terranova
  • I. Tezuka
  • V. Tioukov
  • P. Tolun
  • N. T. Trani
  • S. Tufanli
  • P. Vilain
  • M. Vladimirov
  • L. Votano
  • J.-L. Vuilleumier
  • G. Wilquet
  • B. Wonsak
  • J. Wurtz
  • V. Yakushev
  • C. S. Yoon
  • J. Yoshida
  • Y. Zaitsev
  • S. Zemskova
  • A. Zghiche
Open AccessArticle

DOI: 10.1007/JHEP10(2012)093

Cite this article as:
The OPERA collaboration, Adam, T., Agafonova, N. et al. J. High Energ. Phys. (2012) 2012: 93. doi:10.1007/JHEP10(2012)093

Abstract

The OPERA neutrino experiment at the underground Gran Sasso Laboratory has measured the velocity of neutrinos from the CERN CNGS beam over a baseline of about 730 km. The measurement is based on data taken by OPERA in the years 2009, 2010 and 2011. Dedicated upgrades of the CNGS timing system and of the OPERA detector, as well as a high precision geodesy campaign for the measurement of the neutrino baseline, allowed reaching comparable systematic and statistical accuracies.

An arrival time of CNGS muon neutrinos with respect to the one computed assuming the speed of light in vacuum of \( \left( {6.5\pm 7.4\left( {\mathrm{stat}.} \right)_{-8.0}^{+8.3}\left( {\mathrm{sys}.} \right)} \right)\mathrm{ns} \) was measured corresponding to a relative difference of the muon neutrino velocity with respect to the speed of light \( {{{\left( {\upsilon -c} \right)}} \left/ {c} \right.}=\left( {2.7\pm 3.1\left( {\mathrm{stat}.} \right)_{-3.3}^{+3.4}\left( {\mathrm{sys}.} \right)} \right)\times {10^{-6 }} \). The above result, obtained by comparing the time distributions of neutrino interactions and of protons hitting the CNGS target in 10.5 μs long extractions, was confirmed by a test performed at the end of 2011 using a short bunch beam allowing to measure the neutrino time of flight at the single interaction level.

Keywords

Neutrino Detectors and Telescopes
Download to read the full article text

Copyright information

© SISSA 2012

Authors and Affiliations

  • The OPERA collaboration
  • T. Adam
    • 1
  • N. Agafonova
    • 2
  • A. Aleksandrov
    • 3
  • O. Altinok
    • 4
  • P. Alvarez Sanchez
    • 5
  • A. Anokhina
    • 6
  • S. Aoki
    • 7
  • A. Ariga
    • 8
  • T. Ariga
    • 8
  • D. Autiero
    • 9
  • A. Badertscher
    • 10
  • A. Ben Dhahbi
    • 8
  • A. Bertolin
    • 11
  • C. Bozza
    • 12
  • T. Brugière
    • 9
  • R. Brugnera
    • 11
    • 13
  • F. Brunet
    • 14
  • G. Brunetti
    • 9
    • 15
    • 43
  • S. Buontempo
    • 3
  • B. Carlus
    • 9
  • F. Cavanna
    • 17
  • A. Cazes
    • 9
  • L. Chaussard
    • 9
  • M. Chernyavsky
    • 18
  • V. Chiarella
    • 19
  • A. Chukanov
    • 20
  • G. Colosimo
    • 21
  • M. Crespi
    • 21
  • N. D’Ambrosio
    • 22
  • G. De Lellis
    • 3
    • 23
  • M. De Serio
    • 24
  • Y. Déclais
    • 9
  • P. del Amo Sanchez
    • 14
  • F. Di Capua
    • 3
  • A. Di Crescenzo
    • 3
    • 23
  • D. Di Ferdinando
    • 16
  • N. Di Marco
    • 22
  • S. Dmitrievsky
    • 20
  • M. Dracos
    • 1
  • D. Duchesneau
    • 14
  • S. Dusini
    • 11
  • T. Dzhatdoev
    • 6
  • J. Ebert
    • 25
  • I. Efthymiopoulos
    • 5
  • O. Egorov
    • 26
  • A. Ereditato
    • 8
  • L. S. Esposito
    • 10
  • J. Favier
    • 14
  • T. Ferber
    • 25
  • R. A. Fini
    • 24
  • T. Fukuda
    • 27
  • A. Garfagnini
    • 11
    • 13
  • G. Giacomelli
    • 15
    • 16
  • M. Giorgini
    • 15
    • 16
    • 44
  • M. Giovannozzi
    • 5
  • C. Girerd
    • 9
  • J. Goldberg
    • 28
  • C. Göllnitz
    • 25
  • D. Golubkov
    • 26
  • L. Goncharova
    • 18
  • Y. Gornushkin
    • 20
  • G. Grella
    • 12
  • F. Grianti
    • 19
    • 29
  • E. Gschwendtner
    • 5
  • C. Guerin
    • 9
  • A. M. Guler
    • 4
  • C. Gustavino
    • 30
  • C. Hagner
    • 25
  • K. Hamada
    • 31
  • T. Hara
    • 7
  • R. Enikeev
    • 2
  • M. Hierholzer
    • 25
    • 43
  • A. Hollnagel
    • 25
  • M. Ieva
    • 24
  • H. Ishida
    • 27
  • K. Ishiguro
    • 31
  • K. Jakovcic
    • 32
  • C. Jollet
    • 1
  • M. Jones
    • 5
  • F. Juget
    • 8
  • M. Kamiscioglu
    • 4
  • J. Kawada
    • 8
  • S. H. Kim
    • 33
    • 45
  • M. Kimura
    • 27
  • E. Kiritsis
    • 34
  • N. Kitagawa
    • 31
  • B. Klicek
    • 32
  • J. Knuesel
    • 8
  • K. Kodama
    • 35
  • M. Komatsu
    • 31
  • U. Kose
    • 11
  • I. Kreslo
    • 8
  • C. Lazzaro
    • 10
  • J. Lenkeit
    • 25
  • A. Ljubicic
    • 32
  • A. Longhin
    • 19
  • A. Malgin
    • 2
  • G. Mandrioli
    • 16
  • J. Marteau
    • 9
  • T. Matsuo
    • 27
  • V. Matveev
    • 2
  • N. Mauri
    • 19
  • A. Mazzoni
    • 21
  • E. Medinaceli
    • 11
    • 13
  • F. Meisel
    • 8
  • A. Meregaglia
    • 1
  • P. Migliozzi
    • 3
  • S. Mikado
    • 27
  • D. Missiaen
    • 5
  • P. Monacelli
    • 17
  • K. Morishima
    • 31
  • U. Moser
    • 8
  • M. T. Muciaccia
    • 24
    • 36
  • N. Naganawa
    • 31
  • T. Naka
    • 31
  • M. Nakamura
    • 31
  • T. Nakano
    • 31
  • Y. Nakatsuka
    • 31
  • D. Naumov
    • 20
  • V. Nikitina
    • 6
  • F. Nitti
    • 37
  • S. Ogawa
    • 27
  • N. Okateva
    • 18
  • A. Olchevsky
    • 20
  • O. Palamara
    • 22
  • A. Paoloni
    • 19
  • B. D. Park
    • 33
    • 46
  • I. G. Park
    • 33
  • A. Pastore
    • 24
    • 36
  • L. Patrizii
    • 16
  • E. Pennacchio
    • 9
  • H. Pessard
    • 14
  • C. Pistillo
    • 8
  • N. Polukhina
    • 18
  • M. Pozzato
    • 15
    • 16
  • K. Pretzl
    • 8
  • F. Pupilli
    • 22
  • R. Rescigno
    • 12
  • F. Riguzzi
    • 38
  • T. Roganova
    • 6
  • H. Rokujo
    • 7
  • G. Rosa
    • 30
    • 39
  • I. Rostovtseva
    • 26
  • A. Rubbia
    • 10
  • A. Russo
    • 3
  • V. Ryasny
    • 2
  • O. Ryazhskaya
    • 2
  • O. Sato
    • 31
  • Y. Sato
    • 40
  • Z. Sahnoun
    • 16
    • 47
  • A. Schembri
    • 22
  • J. Schuler
    • 1
  • L. Scotto Lavina
    • 8
    • 48
  • J. Serrano
    • 5
  • I. Shakiryanova
    • 2
  • A. Sheshukov
    • 20
  • H. Shibuya
    • 27
  • G. Shoziyoev
    • 6
  • S. Simone
    • 24
    • 36
  • M. Sioli
    • 15
    • 16
  • C. Sirignano
    • 11
    • 13
  • G. Sirri
    • 16
  • J. S. Song
    • 33
  • M. Spinetti
    • 19
  • L. Stanco
    • 11
  • N. Starkov
    • 18
  • S. Stellacci
    • 12
  • M. Stipcevic
    • 32
  • T. Strauss
    • 8
  • S. Takahashi
    • 7
  • M. Tenti
    • 9
    • 15
    • 16
  • F. Terranova
    • 19
    • 41
  • I. Tezuka
    • 40
  • V. Tioukov
    • 3
  • P. Tolun
    • 4
  • N. T. Trani
    • 9
  • S. Tufanli
    • 8
  • P. Vilain
    • 42
  • M. Vladimirov
    • 18
  • L. Votano
    • 19
  • J.-L. Vuilleumier
    • 8
  • G. Wilquet
    • 42
  • B. Wonsak
    • 25
  • J. Wurtz
    • 1
  • V. Yakushev
    • 2
  • C. S. Yoon
    • 33
  • J. Yoshida
    • 31
  • Y. Zaitsev
    • 26
  • S. Zemskova
    • 20
  • A. Zghiche
    • 14
  1. 1.IPHC, Université de Strasbourg, CNRS/IN2P3StrasbourgFrance
  2. 2.INR-Institute for Nuclear Research of the Russian Academy of SciencesMoscowRussia
  3. 3.INFN Sezione di NapoliNapoliItaly
  4. 4.METU-Middle East Technical UniversityAnkaraTurkey
  5. 5.European Organization for Nuclear Research (CERN)GenevaSwitzerland
  6. 6.(MSU SINP) Lomonosov Moscow State University Skobeltsyn Institute of Nuclear PhysicsMoscowRussia
  7. 7.Kobe UniversityKobeJapan
  8. 8.Albert Einstein Center for Fundamental Physics, Laboratory for High Energy Physics (LHEP)University of BernBernSwitzerland
  9. 9.IPNL, Université Claude Bernard Lyon I, CNRS/IN2P3VilleurbanneFrance
  10. 10.ETH ZurichInstitute for Particle PhysicsZurichSwitzerland
  11. 11.INFN Sezione di PadovaPadovaItaly
  12. 12.Dipartimento di Fisica dell’Università di Salerno and INFN “Gruppo Collegato di Salerno”FiscianoItaly
  13. 13.Dipartimento di Fisica dell’Università di PadovaPadovaItaly
  14. 14.LAPP, Université de Savoie, CNRS/IN2P3Annecy-le-VieuxFrance
  15. 15.Dipartimento di Fisica dell’Università di BolognaBolognaItaly
  16. 16.INFN Sezione di BolognaBolognaItaly
  17. 17.Dipartimento di Fisica dell’Università dell’Aquila and INFN “Gruppo Collegato de L’Aquila”L’AquilaItaly
  18. 18.LPI-Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of ScienceMoscowRussia
  19. 19.INFN — Laboratori Nazionali di FrascatiFrascati (Roma)Italy
  20. 20.JINR-Joint Institute for Nuclear ResearchDubnaRussia
  21. 21.Area di Geodesia e Geomatica, Dipartimento di Ingegneria Civile Edile e Ambientale dell’Università di Roma SapienzaRomaItaly
  22. 22.INFN — Laboratori Nazionali del Gran SassoAssergi (L’Aquila)Italy
  23. 23.Dipartimento di Scienze Fisiche dell’Università Federico II di NapoliNapoliItaly
  24. 24.INFN Sezione di BariBariItaly
  25. 25.Hamburg UniversityHamburgGermany
  26. 26.ITEP-Institute for Theoretical and Experimental PhysicsMoscowRussia
  27. 27.Toho UniversityFunabashiJapan
  28. 28.Department of Physics, TechnionHaifaIsrael
  29. 29.Università degli Studi di Urbino “Carlo Bo”UrbinoItaly
  30. 30.INFN Sezione di RomaRomaItaly
  31. 31.Nagoya UniversityNagoyaJapan
  32. 32.IRB-Rudjer Boskovic InstituteZagrebCroatia
  33. 33.Gyeongsang National University, ROK-900 Gazwa-dongJinjuKorea
  34. 34.Crete Center for Theoretical Physics, Department of PhysicsUniversity of CreteHeraklionGreece
  35. 35.Aichi University of EducationKariya (Aichi-Ken)Japan
  36. 36.Dipartimento di Fisica dell’Università di BariBariItaly
  37. 37.Theory Division APC, Université Paris 7, Bâtiment CondorcetParis Cedex 13France
  38. 38.Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Sez. CNTRomaItaly
  39. 39.Dipartimento di Fisica dell’Università di Roma SapienzaRomaItaly
  40. 40.Utsunomiya UniversityUtsunomiyaJapan
  41. 41.Dipartimento di Fisica dell’ Università di Milano-BicoccaMilanoItaly
  42. 42.IIHEUniversité Libre de BruxellesBrusselsBelgium
  43. 43.Albert Einstein Center for Fundamental Physics, Laboratory for High Energy Physics (LHEP)University of BernBernSwitzerland
  44. 44.INAF/IASF, Sezione di MilanoMilanoItaly
  45. 45.Pusan National UniversityBusanRepublic of Korea
  46. 46.Asan Medical CenterSeoulRepublic of Korea
  47. 47.Centre de Recherche en Astronomie Astrophysique et GéophysiqueAlgerAlgeria
  48. 48.SUBATECH, CNRS/IN2P3NantesFrance