ALICE experiment - ALICE experiment

Souřadnice : 46 ° 15'04,8 "N 6 ° 01'12,5" E / 46,251333 ° N 6,020139 ° E / 46,251333; 6.020139

ALICE, experiment s velkým iontovým urychlovačem

Celkový pohled na detektor ALICE
Formace	Letter of Intent předložený v červenci 1993
Hlavní sídlo	Ženeva , Švýcarsko
Seznam mluvčích ALICE	Luciano Musa Federico Antinori Paolo Giubellino Jurgen Schukraft
webová stránka	http://aliceinfo.cern.ch/

Velký hadronový urychlovač
(LHC)

LHC experimenty
ATLAS	Toroidní LHC zařízení
CMS	Kompaktní solenoid Muon
LHCb	LHC-krása
ALICE	Experiment s velkým iontovým urychlovačem
TOTEM	Celkový průřez, elastické rozptyly a difrakční disociace
LHCf	LHC-vpřed
MoEDAL	Monopólový a exotický detektor na LHC
FASER	ForwArd Search ExpeRiment
SND	Rozptyl a detektor neutrin
Předrychlovače LHC
p a Pb	Lineární urychlovače pro protony (Linac 4) a olovo (Linac 3)
(není označeno)	Protonový synchrotronový posilovač
PS	Protonový synchrotron
SPS	Super protonový synchrotron

ALICE ( A Large Ion Collider Experiment ) je jedním z osmi experimentů s detektory na Large Hadron Collider v CERNu . Dalších sedm je: ATLAS , CMS , TOTEM , LHCb , LHCf , MoEDAL a FASER .

Úvod

ALICE je optimalizována pro studium kolizí těžkých iontů ( jádra Pb-Pb ) v centru hmotné energie až do 5,02 TeV na pár nukleonů . Výsledná teplota a hustota energie umožňují průzkum plazmatu kvark -gluon , což je pátý stav hmoty, ve kterém se uvolňují kvarky a gluony . Předpokládá se, že podobné podmínky existovaly zlomek sekundy po Velkém třesku, než se kvarky a gluony spojily dohromady a vytvořily hadrony a těžší částice.

ALICE se zaměřuje na fyziku silně interagujících látek při extrémních hustotách energie. Vlastnosti kvark -gluonového plazmatu a porozumění dekonfinování kvarku jsou klíčovými problémy kvantové chromodynamiky (QCD). Výsledky získané společností ALICE potvrzují porozumění barevnému omezení a obnově chirální symetrie . Očekává se, že obnova prvotní formy hmoty, kvark-gluonového plazmatu a pochopení toho, jak se vyvíjí, osvětlí otázky o tom, jak je hmota organizována, o mechanismu, který omezuje kvarky a gluony, o povaze silných interakcí a o tom, jak vedou k vytváření převážná část hmotnosti běžné hmoty.

Kvantová chromodynamika (QCD) předpovídá, že při dostatečně vysokých energetických hustotách dojde k fázovému přechodu z konvenční hadronové hmoty, kde jsou kvarky uzavřeny uvnitř jaderných částic, do plazmy dekonfinovaných kvarků a gluonů. Předpokládá se, že opak tohoto přechodu nastal, když bylo vesmíru pouhých ^10–6 s, a stále může hrát svou roli dnes v srdcích kolabujících neutronových hvězd nebo jiných astrofyzikálních objektů.

Dějiny

Myšlenka na vybudování vyhrazeného detektoru těžkých iontů pro LHC byla poprvé vysílána na historickém setkání Evian „Towards the LHC experimental Program“ v březnu 1992. Z myšlenek, které zde byly představeny, byla vytvořena spolupráce ALICE a v roce 1993 dopis Zájem byl předložen.

ALICE byl poprvé navržen jako centrální detektor v roce 1993 a později doplněn o další dopřední muonový spektrometr navržený v roce 1995. V roce 1997 obdržela ALICE od výboru LHC zelenou, aby mohla pokračovat směrem ke konečnému návrhu a konstrukci.

Prvních deset let bylo věnováno designu a rozsáhlému úsilí v oblasti výzkumu a vývoje. Stejně jako u všech ostatních experimentů s LHC bylo od začátku jasné, že ani výzvy fyziky těžkých iontů v LHC nelze u stávající technologie skutečně splnit (ani za ni zaplatit). K vybudování toho, co si fyzici vysnili na papíře pro své experimenty, bude zapotřebí značného pokroku a v některých případech technologického průlomu. Zpočátku velmi široké a později více zaměřené, dobře organizované a dobře podporované úsilí v oblasti výzkumu a vývoje, které se udrželo po většinu 90. let minulého století, vedlo k mnoha evolučním a určitým revolučním pokrokům v oblasti detektorů, elektroniky a výpočetní techniky.

Navrhování specializovaného experimentu s těžkými ionty na počátku 90. let pro použití v LHC asi o 15 let později znamenalo určité skličující výzvy. Detektor musel být obecný - schopný měřit většinu signálů potenciálního zájmu, i když se jejich význam může projevit až později - a flexibilní, umožňující přidávání a úpravy na cestě, protože se otevírají nové možnosti vyšetřování. V obou ohledech si ALICE vedla docela dobře, protože do své úvodní nabídky zahrnula řadu pozorovatelných, jejichž důležitost se ukázala až později. Byly přidány různé hlavní detekční systémy, od mionového spektrometru v roce 1995, detektory přechodového záření v roce 1999 až po velký tryskový kalorimetr přidaný v roce 2007.

ALICE zaznamenala data z prvních srážek mezi olovem a olovem na LHC v roce 2010. Soubory dat pořízené během období těžkých iontů v letech 2010 a 2011, jakož i údaje o protonovém olova z roku 2013 poskytly vynikající základ pro hloubkový pohled na fyzika kvark -gluonového plazmatu.

Od roku 2014 Po více než třech letech úspěšného provozu se detektor ALICE chystá podstoupit hlavní program konsolidace a upgradu během dlouhého odstavení [LS1] komplexu urychlovačů CERN. Bude nainstalován nový subdetektor nazvaný dijetový kalorimetr (DCAL) a bude aktualizováno všech 18 stávajících subdetektorů ALICE. Proběhnou také velké renovační práce na infrastruktuře ALICE, včetně elektrických a chladicích systémů. Bohatství publikovaných vědeckých výsledků a velmi intenzivní aktualizační program ALICE přilákaly řadu institutů a vědců z celého světa. Dnes má ALICE Collaboration více než 1 800 členů ze 176 ústavů ve 41 zemích

Srážky těžkých iontů na LHC

Hledání plazmy Quark Gluon a hlubší porozumění QCD začalo v CERN a Brookhavenu s lehčími ionty v 80. letech minulého století. Dnešní program v těchto laboratořích přešel na ultrarelativistické srážky těžkých iontů a právě dosahuje energetického prahu, při kterém se očekává fázový přechod. LHC s energií těžiště kolem 5,5 TeV/nukleon posune dosah energie ještě dále.

Během čelních srážek iontů olova na LHC do sebe narazily stovky protonů a neutronů při energiích vyšších než několik TeV. Olovnaté ionty jsou zrychleny na více než 99,9999% rychlosti světla a srážky v LHC jsou 100krát energetičtější než u protonů - zahřátí hmoty v interakčním bodě na teplotu téměř 100 000krát vyšší než je teplota v jádru slunce.

Když do sebe obě jádra olova narazí, hmota prochází přechodem a na krátký okamžik vytvoří kapičku prvotní hmoty, takzvanou kvark-gluonovou plazmu, o které se věří, že vyplnila vesmír několik mikrosekund po Velkém třesku.

Kvark-gluon plazma je vytvořeno jako protony a neutrony „rozpustit“ do svých základních složek, kvarky a gluony stát asymptoticky zdarma. Kapička QGP se okamžitě ochladí a jednotlivé kvarky a gluony (souhrnně nazývané partony ) se rekombinují do sněhové vánice obyčejné hmoty, která se urychluje všemi směry. Trosky obsahují částice, jako jsou piony a kaony , které jsou vyrobeny z kvarku a antikvarku ; protony a neutrony , vyrobené ze tří kvarků; a dokonce i hojné antiprotony a antineutrony , které se mohou spojit a vytvořit jádra antiatomů těžkých jako helium. Hodně se toho lze naučit studiem rozložení a energie těchto trosek.

První kolize mezi olovem a olovem

Velký hadronový urychlovač rozbil své první olovnaté ionty v roce 2010, 7. listopadu kolem 12:30 SEČ.

K prvním kolizím ve středu detektorů ALICE, ATLAS a CMS došlo necelých 72 hodin poté, co LHC ukončila svůj první běh protonů a přešla na urychlující paprsky olovo-ion. Každé jádro olova obsahuje 82 protonů a LHC zrychluje každý proton na energii 3,5 TeV, což má za následek energii 287 TeV na paprsek nebo celkovou energii srážky 574 TeV.

Z každé kolize bylo emitováno až 3 000 nabitých částic, které jsou zde znázorněny jako čáry vyzařující z bodu kolize. Barvy čar ukazují, kolik energie každá částice odnesla ze srážky.

Kolize protonu a olova na LHC

V roce 2013 došlo ke srážce LHC s protony s olověnými ionty u prvních fyzikálních paprsků LHC v roce 2013. Experiment byl proveden protiběžnými paprsky protonů a iontů olova a byl zahájen s vystředěnými oběžnými dráhami s různými frekvencemi otáček a poté samostatně rampován na maximální energii nárazu akcelerátoru.

První běh olova a protonu na LHC trval jeden měsíc a data pomáhají fyzikům ALICE oddělit efekty plazmy od účinků, které pramení z účinků studené jaderné hmoty, a vrhnout více světla na studium plazmy Quark-Gluon.

V případě srážek olovo-olovo mohou být konfigurace kvarků a gluonů, které tvoří protony a neutrony přicházejícího jádra olova, poněkud odlišné od konfigurací příchozích protonů. Aby bylo možné studovat, zda část účinků, které vidíme při porovnávání srážek olovo-olovo a proton-proton, je dána spíše tímto konfiguračním rozdílem než tvorbou plazmy. Srážky proton-olovo jsou pro tuto studii ideálním nástrojem.

Detektory ALICE

Klíčovým aspektem návrhu ALICE je schopnost studovat QCD a kvark (de) vězení za těchto extrémních podmínek. Toho se dosahuje použitím částic, vytvořených uvnitř horkého objemu, jak se rozpíná a ochlazuje, které žijí dostatečně dlouho na to, aby dosáhly citlivých vrstev detektoru umístěných kolem oblasti interakce. Fyzikální program ALICE spoléhá na to, že je dokáže všechny identifikovat, tj. Určit, zda se jedná o elektrony, fotony, piony atd., A určit jejich náboj. To zahrnuje maximální využití (někdy mírně) různých způsobů interakce částic s hmotou.

V „tradičním“ experimentu jsou částice identifikovány nebo alespoň přiřazeny k rodinám (nabité nebo neutrální hadrony ) podle charakteristických podpisů, které zanechávají v detektoru. Experiment je rozdělen do několika hlavních složek a každá složka testuje specifickou sadu vlastností částic. Tyto komponenty jsou naskládány ve vrstvách a částice procházejí vrstvami postupně od bodu srážky směrem ven: nejprve sledovací systém, poté elektromagnetický (EM) a hadronový kalorimetr a nakonec mionový systém. Detektory jsou zabudovány do magnetického pole , aby ohýbaly stopy nabitých částic pro určení hybnosti a náboje . Tato metoda identifikace částic funguje dobře pouze pro určité částice a používá se například ve velkých experimentech LHC ATLAS a CMS . Tato technika však není vhodná pro identifikaci hadronů, protože neumožňuje rozlišit různé nabité hadrony, které vznikají při srážkách Pb-Pb.

K identifikaci všech částic, které vycházejí ze systému QGP, používá ALICE sadu 18 detektorů, které poskytují informace o hmotnosti, rychlosti a elektrickém znaménku částic.

Sledování hlavně

Soubor válcových sudových detektorů, které obklopují nominální interakční bod, se používá ke sledování všech částic, které létají z horkého, hustého média. Vnitřní sledovací systém (ITS) (skládající se ze tří vrstev detektorů: Silicon Pixel Detector (SPD), Silicon Drift Detector (SDD), Silicon Strip Detector (SSD)), Time Projection Chamber (TPC) a Transition Radiation Detector ( TRD) změřte v mnoha bodech průchod každé částice nesoucí elektrický náboj a poskytněte přesné informace o trajektorii částice. Detektory pro sledování hlavně ALICE jsou zabudovány v magnetickém poli o velikosti 0,5 Tesla produkovaném obrovským magnetickým solenoidem ohýbajícím trajektorie částic. Ze zakřivení stop lze odvodit jejich hybnost. ITS je tak přesný, že částice, které jsou generovány rozpadem jiných částic s dlouhou životností (~ 0,1 mm před rozpadem), lze identifikovat tak, že uvidíme, že nepocházejí z místa, kde došlo k interakci ( „ vrcholu “ události), ale spíše z bodu ve vzdálenosti tak malé jako desetina milimetru. To nám umožňuje měřit například spodní kvarky, které se „topologickými“ škrty rozpadají na relativně dlouhý B-mezon.

Vnitřní sledovací systém

Krátce žijící těžké částice urazí velmi malou vzdálenost, než se rozpadnou. Tento systém má za cíl identifikovat tyto jevy rozpadu měřením místa, kde k němu dochází, s přesností na desetinu milimetru.

Vnitřní sledovací systém (ITS) se skládá ze šesti válcových vrstev křemíkových detektorů . Vrstvy obklopují bod srážky a měří vlastnosti částic vycházejících ze srážek, přičemž jejich poloha průchodu ukazuje na zlomek milimetru. Pomocí ITS lze částice obsahující těžké kvarky (kouzlo a krása) identifikovat rekonstrukcí souřadnic, na kterých se rozpadají.

Vrstvy ITS (počítání od bodu interakce):

• 2 vrstvy SPD ( Silicon Pixel Detector ),
• 2 vrstvy SDD ( Silicon Drift Detector ),
• 2 vrstvy SSD ( Silicon Strip Detector ).

ITS byl vložen do srdce experimentu ALICE v březnu 2007 po velké fázi výzkumu a vývoje. Použitím nejmenšího množství nejlehčího materiálu byl ITS vyroben co nejlehčí a nejjemnější. S téměř 5 m ² oboustranných silikonových pásových detektorů a více než 1 m ² křemíkových driftových detektorů je největším systémem využívajícím oba typy křemíkových detektorů.

ALICE nedávno představila plány na modernizovaný vnitřní sledovací systém, založený především na vybudování nového křemíkového sledovače s výrazně vylepšenými funkcemi, pokud jde o určení parametru dopadu (d0) na primární vrchol, účinnost sledování při nízkých hodnotách pT a rychlosti čtení. Upgradované ITS otevře nové kanály ve studii Quark Gluon Plasma vytvořené v LHC, které jsou nezbytné pro pochopení dynamiky této kondenzované fáze QCD.

Umožní studium procesu termalizace těžkých kvarků v médiu měřením těžkých aromatických a kosmetických baryonů a rozšířením těchto měření až na velmi nízké p _T poprvé. Poskytne také lepší porozumění závislosti na hmotnosti kvarku na ztrátě energie ve středním množství a nabídne jedinečnou schopnost měření kvarků krásy a zároveň zlepší rekonstrukci vrcholu rozpadu krásy. Modernizované ITS nám konečně poskytne příležitost charakterizovat tepelné záření pocházející z QGP a modifikaci hadronových spektrálních funkcí ve médiu související s obnovou chirální symetrie .

Projekt upgradu vyžaduje rozsáhlé úsilí výzkumu a vývoje našich výzkumných pracovníků a spolupracovníků po celém světě v oblasti špičkových technologií: křemíkových senzorů, elektroniky s nízkým výkonem, propojovacích a balicích technologií, ultralehkých mechanických struktur a chladicích jednotek.

Časová projekční komora

ALICE Time Projection Chamber (TPC) je velký objem naplněný plynem jako detekčním médiem a je hlavním zařízením pro sledování částic v ALICE.

Nabité částice procházející plynem TPC ionizují atomy plynu podél jejich dráhy a uvolňují elektrony, které se unášejí směrem ke koncovým deskám detektoru. K identifikaci částic lze použít charakteristiky ionizačního procesu způsobeného rychle nabitými částicemi procházejícími médiem. Rychlostní závislost ionizační síly je spojena se známým Bethe-Blochovým vzorcem , který popisuje průměrnou ztrátu energie nabitých částic nepružnými Coulombovými srážkami s atomovými elektrony média.

Jako detekční médium se často používají vícežilové proporcionální čítače nebo polovodičové čítače, protože poskytují signály s výškami pulzů úměrnými síle ionizace. Lavina efekt v blízkosti anodových drátů natažených zobrazují na displeji komorách, poskytuje potřebné zesílení signálu. Kladné ionty vytvořené v lavině indukují kladný proudový signál v rovině podložky. Odečet se provádí pomocí 557 568 podložek, které tvoří katodovou rovinu vícevodičových proporcionálních komor ( MWPC ) umístěných na koncových deskách. To dává radiální vzdálenost paprsku a azimutu. Poslední souřadnice, z podél směru paprsku, je dána dobou driftu. Protože kolísání energetické ztráty může být značné, obecně se podél dráhy částic provádí mnoho měření výšky pulsu, aby se optimalizovalo rozlišení měření ionizace.

Téměř veškerý objem TPC je citlivý na procházející nabité částice, ale vyznačuje se minimálním materiálovým rozpočtem. Díky jednoduchému rozpoznávání vzorů (souvislé stopy) jsou TPC ideální volbou pro prostředí s vysokou multiplicitou, například při srážkách těžkých iontů, kde je třeba současně sledovat tisíce částic. Uvnitř ALICE TPC je ionizační síla všech stop vzorkována až 159krát, což má za následek rozlišení měření ionizace až 5%.

Detektor přechodového záření

Elektrony a pozitrony mohou být rozlišovány od jiných nabitých částic pomocí emise přechodového záření , rentgenového záření emitovaného, ​​když částice procházejí mnoha vrstvami tenkých materiálů.

Identifikace elektronů a pozitronů je dosažena pomocí detektoru přechodového záření (TRD). Podobným způsobem jako muonový spektrometr tento systém umožňuje podrobné studie produkce rezonancí vektor-mezon, ale s rozšířeným pokrytím až ke světelnému vektoru-mesonu ρ a v jiné oblasti rychlosti. Pod 1 GeV/c lze elektrony identifikovat kombinací měření detektoru identifikace částic (PID) v TPC a době letu (TOF). V rozsahu hybnosti 1–10 GeV/c lze využít skutečnosti, že elektrony mohou při cestování přes vyhrazený „zářič“ vytvářet TR. Rychle nabité částice uvnitř takového zářiče překračují hranice mezi materiály s různými dielektrickými konstantami, což může vést k emisi fotonů TR s energiemi v rentgenovém rozsahu. Efekt je malý a zářič musí poskytnout mnoho stovek hmotných hranic, aby bylo dosaženo dostatečně vysoké pravděpodobnosti, že se vytvoří alespoň jeden foton. V ALICE TRD jsou fotony TR detekovány těsně za zářičem pomocí MWPC naplněných směsí plynů na bázi xenonu, kde ukládají svou energii na vrchol ionizačních signálů z dráhy částic.

ALICE TRD byl navržen tak, aby odvodil rychlý spouštěč nabitých částic s vysokou hybností a může výrazně zvýšit zaznamenané výtěžky vektorových mezonů. Za tímto účelem je přímo na detektoru nainstalováno 250 000 CPU, které identifikují kandidáty na vysokorychlostní stopy a analyzují s nimi spojené ukládání energie co nejrychleji (zatímco se v detektoru stále vytvářejí signály). Tyto informace jsou odeslány do globální sledovací jednotky, která spojuje všechny informace a hledá páry elektronů a pozitronů za pouhých 6 μs.

K vývoji takového detektoru přechodového záření (TRD) pro ALICE bylo testováno mnoho prototypů detektoru ve smíšených svazcích pionů a elektronů.

Identifikace částic pomocí ALICE

ALICE také chce znát identitu každé částice, ať už je to elektron, nebo proton, kaon nebo pion.

Nabité hadrony (ve skutečnosti všechny stabilní nabité částice) jsou jednoznačně identifikovány, pokud je určena jejich hmotnost a náboj. Hmotnost lze odvodit z měření hybnosti a rychlosti. Hybnost a znaménko náboje jsou získány měřením zakřivení dráhy částice v magnetickém poli. K získání rychlosti částic existují čtyři metody založené na měření doby letu a ionizace a na detekci přechodového záření a Čerenkovova záření. Každá z těchto metod funguje dobře v různých rozmezích hybnosti nebo pro konkrétní typy částic. V ALICE lze všechny tyto metody kombinovat za účelem měření například spekter částic.

Kromě informací poskytovaných ITS a TPC jsou zapotřebí další specializované detektory: TOF měří s přesností lepší než desetina miliardtiny sekundy čas, který každá částice potřebuje k cestě z vrcholu, aby se k ní dostala, aby člověk mohl změřit jeho rychlost. Detektor identifikace částic s vysokou hybností (HMPID) měří slabé světelné obrazce generované rychlými částicemi a TRD měří speciální záření, které velmi rychlé částice emitují při křížení různých materiálů, což umožňuje identifikaci elektronů. Miony se měří využitím skutečnosti, že pronikají hmotou snadněji než většina ostatních částic: v přední oblasti zastaví velmi silný a komplexní absorbér všechny ostatní částice a miony se měří vyhrazenou sadou detektorů: mionovým spektrometrem.

Čas letu

Nabité částice jsou v systému ALICE identifikovány pomocí Time-Of-Flight (TOF). Měření TOF poskytuje rychlost nabité částice měřením doby letu na danou vzdálenost podél trajektorie dráhy. Pomocí sledovacích informací z jiných detektorů je identifikována každá stopa vypalující senzor. Za předpokladu, že je známa také hybnost, lze z těchto měření odvodit hmotnost částice. Detektor ALICE TOF je velkoplošný detektor založený na vícevrstvých odporových deskových komorách (MRPC), které pokrývají válcovitý povrch 141 m ² s vnitřním poloměrem 3,7 metru (12 ft). Na velké ploše 150 m ^{2 je} rozmístěno přibližně 160 000 MRPC padů s časovým rozlišením přibližně 100 ps .

MRPC jsou detektory s paralelními deskami postavené z tenkých tabulí standardního okenního skla, které vytvářejí úzké plynové mezery s vysokými elektrickými poli. Tyto desky jsou od sebe odděleny pomocí rybářských vlasců, aby poskytly požadované mezery; K dosažení účinnosti detekce téměř 100%je zapotřebí 10 plynových mezer na MRPC.

Jednoduchost konstrukce umožňuje vybudovat velký systém s celkovým rozlišením TOF 80 ps za relativně nízké náklady (CERN Courier, listopad 2011, s. 8). Tento výkon umožňuje oddělení kaonů, pionů a protonů až do momentu několika GeV/c. Kombinace takového měření s informacemi PID z ALICE TPC se ukázala jako užitečná při zlepšování separace mezi různými typy částic, jak ukazuje obrázek 3 pro konkrétní rozsah hybnosti.

Detektor identifikace částic s vysokou hybností

Detektor identifikace částic s vysokou hybností (HMPID) je detektor RICH, který určuje rychlost částic mimo rozsah hybnosti dostupný prostřednictvím ztráty energie (v ITS a TPC, p  = 600 MeV) a měřením doby letu (v TOF, p  = 1,2–1,4 GeV).

Čerenkovovo záření je rázová vlna, která je výsledkem nabitých částic pohybujících se materiálem rychleji, než je rychlost světla v tomto materiálu. Záření se šíří s charakteristickým úhlem vzhledem ke stopě částic, který závisí na rychlosti částic. Cherenkovovy detektory využívají tohoto efektu a obecně se skládají ze dvou hlavních prvků: zářiče, ve kterém se vytváří Cherenkovovo záření, a fotonového detektoru. Prstenové zobrazování Cherenkovovy (RICH) detektory řeší prstencovitý obraz zaostřeného Čerenkovova záření, což umožňuje měření Čerenkovova úhlu a tím i rychlosti částic. To zase stačí k určení hmotnosti nabité částice.

Je -li použito husté médium (velký index lomu), je k emitování dostatečného počtu Cherenkovových fotonů zapotřebí pouze tenká vrstva zářiče v řádu několika centimetrů. Fotonový detektor je pak umístěn v určité vzdálenosti (obvykle asi 10 cm) za zářičem, což umožňuje kužel světla expandovat a vytvářet charakteristický prstencový obraz. Takový RICH zaměřující se na blízkost je nainstalován v experimentu ALICE.

Rozsah hybnosti ALICE HMPID je až 3 GeV pro rozlišení pion/ kaon a až 5 GeV pro rozlišení kaon/ proton . Jedná se o největší detektor RICH jodidu cesného na světě s aktivní plochou 11 m². Prototyp byl úspěšně testován v CERN v roce 1997 a v současné době přebírá data v Relativistic Heavy Ion Collider v Brookhaven National Laboratory v USA.

Kalorimetry

Kalorimetry měří energii částic a určují, zda mají elektromagnetické nebo hadronové interakce. Identifikace částic v kalorimetru je destruktivní měření. Všechny částice kromě mionů a neutrin ukládají veškerou svou energii do kalorimetrického systému produkcí elektromagnetických nebo hadronových sprch. Fotony, elektrony a pozitrony ukládají veškerou svoji energii do elektromagnetického kalorimetru. Jejich sprchy jsou nerozeznatelné, ale foton lze identifikovat podle neexistence stopy ve sledovacím systému, který je spojen se sprchou.

Fotony (částice světla), stejně jako světlo vyzařované z horkého předmětu, nám říkají o teplotě systému. K jejich měření jsou zapotřebí speciální detektory: krystaly PHOS, které jsou husté jako olovo a průhledné jako sklo, je budou měřit s fantastickou přesností v omezené oblasti, zatímco PMD a zejména EMCal je bude měřit nad velmi široká oblast. EMCal bude také měřit skupiny blízkých částic (nazývaných „trysky“), které mají paměť raných fází události.

Fotonový spektrometr

PHOS je elektromagnetický kalorimetr s vysokým rozlišením instalovaný v ALICE, který poskytuje data pro testování tepelných a dynamických vlastností počáteční fáze kolize. To se provádí měřením fotonů vycházejících přímo ze srážky. PHOS pokrývá omezenou doménu přijetí při centrální rychlosti. Je vyroben z krystalů wolframanu olovnatého , podobných těm, které používají CMS, odečtené pomocí Avalanche Photodiodes (APD).

Když fotony s vysokou energií zasáhnou wolframan olova, způsobí jeho záři nebo scintilaci a tuto záři lze měřit. Olovnatý wolfram je extrémně hustý (hustší než železo) a zastavuje většinu fotonů, které se k němu dostanou. Krystaly se udržují při teplotě 248 K, což pomáhá minimalizovat zhoršení rozlišení energie v důsledku hluku a optimalizovat reakci na nízké energie.

Elektromagnetický kalorimetr

EMCal je kalorimetr pro odběr olova a scintilátoru obsahující téměř 13 000 jednotlivých věží, které jsou seskupeny do deseti super-modulů. Věže se odečítají optickými vlákny s posunem vlnových délek v šašlíkové geometrii spojené s lavinovou fotodiodou. Kompletní EMCal bude obsahovat 100 000 jednotlivých kamínků scintilátoru a 185 kilometrů optických vláken o celkové hmotnosti asi 100 tun.

EMCal pokrývá téměř celou délku komory pro časovou projekci ALICE a centrálního detektoru a třetinu jejího azimutu umístěnou zády k sobě pomocí fotonového spektrometru ALICE-menší, vysoce granulovaný olovo-wolframátový kalorimetr.

Super-moduly jsou vloženy do nezávislého nosného rámu umístěného v magnetu ALICE, mezi čítači doby letu a cívkou magnetu. Samotný nosný rám je složitá konstrukce: váží 20 tun a musí vydržet pětinásobek své vlastní hmotnosti, přičemž maximální výchylka mezi prázdným a plným zatížením činí jen několik centimetrů. Instalace osmitunových super-modulů vyžaduje systém kolejnic se sofistikovaným zaváděcím zařízením k přemostění k nosné konstrukci.

Elektromagnetický kalorimetr (EM-Cal) výrazně přispěje k schopnostem ALICE s vysokou hybností částic. Rozšíří dosah ALICE na studium trysek a dalších náročných procesů.

Fotonový multiplicitní detektor

Photon Multiplicity Detector (PMD) je sprchový detektor částic, který měří multiplicitu a prostorové rozložení fotonů vzniklých při srážkách. Jako první vrstvu používá veto detektor k odmítnutí nabitých částic. Fotony na druhé straně procházejí převaděčem a vyvolávají elektromagnetickou sprchu ve druhé vrstvě detektoru, kde produkují velké signály na několik buněk jeho citlivého objemu. Hadrony na druhé straně normálně ovlivňují pouze jednu buňku a produkují signál představující částice s minimální ionizací.

Přední detektor multiplicity

Forward Multiplicity Detector (FMD) rozšiřuje pokrytí multiplicity částic náboje do dopředných oblastí - což dává ALICE nejširší pokrytí ze 4 LHC experimentů pro tato měření.

FMD se skládá z 5 velkých křemíkových disků s každým 10 240 jednotlivými kanály detektorů pro měření nabitých částic emitovaných v malých úhlech vzhledem ke svazku. FMD poskytuje nezávislé měření orientace srážek ve svislé rovině, které lze použít s měřením z detektoru hlavně pro zkoumání proudění, trysek atd.

Muonův spektrometr

Přední mionový spektrometr ALICE studuje kompletní spektrum těžkých kvarkonií (J/Ψ, Ψ ′, ϒ, ϒ ′, ϒ ′ ′) prostřednictvím jejich rozpadu v kanálu μ+μ–. Těžké kvarkonium uvádí základní nástroj ke studiu raného a horkého střetu těžkých iontů. Zejména se očekává, že budou citlivé na tvorbu Quark-Gluon Plasma. V přítomnosti dekonfinkovaného média (tj. QGP) s dostatečně vysokou energetickou hustotou jsou stavy kvarkonia disociovány kvůli barevnému stínění. To vede k potlačení jejich produkce. Při vysoké energii srážky LHC lze studovat jak stavyarmonia (J/Ψ a Ψ ′), tak stavy bottomonia (ϒ, ϒ ′ a ϒ ′ ′). Spektrometr Dimuon je optimalizován pro detekci těchto těžkých kvarkových rezonancí.

Muony lze identifikovat pomocí právě popsané techniky pomocí skutečnosti, že jsou jedinými nabitými částicemi schopnými procházet téměř nerušeně jakýmkoli materiálem. Toto chování souvisí se skutečností, že miony s hybností nižší než několik stovek GeV/c netrpí ztrátami radiační energie, a proto nevytvářejí elektromagnetické sprchy. Protože jsou leptony, nepodléhají silným interakcím s jádry materiálu, který procházejí. Toto chování je využíváno v muonových spektrometrech v experimentech fyziky vysokých energií instalací mionových detektorů za kalorimetrické systémy nebo za silné absorpční materiály. Všechny nabité částice jiné než miony jsou zcela zastaveny a vytvářejí elektromagnetické (a hadronové) sprchy.

Mionový spektrometr v přední oblasti ALICE je vybaven velmi tlustým a komplexním předním absorbérem a přídavným mionovým filtrem sestávajícím ze železné stěny o tloušťce 1,2 m. Muonští kandidáti vybraní ze stop pronikajících do těchto absorbérů se měří přesně ve vyhrazené sadě sledovacích detektorů. Páry mionů se používají ke shromažďování spektra těžkých kvarkových vektorových mesonových rezonancí (J/Psi). Jejich produkční rychlosti lze analyzovat jako funkci příčné hybnosti a kolizní centrálnosti, aby se prozkoumala disociace způsobená barevným screeningem. Přijetí muonového spektrometru ALICE pokrývá pseudorapiditní interval 2,5 ≤ η ≤ 4 a rezonance lze detekovat až do nulové příčné hybnosti.

Charakterizace srážky

Konečně potřebujeme vědět, jak silná byla kolize: to se provádí měřením zbytků kolidujících jader v detektorech vyrobených z materiálů s vysokou hustotou umístěných asi 110 metrů na obou stranách ALICE (ZDC) a měřením pomocí FMD, V0 a T0 počet částic vzniklých při srážce a jejich prostorové rozložení. T0 také s vysokou přesností měří čas, kdy se událost koná.

Kalorimetr s nulovým stupněm

ZDC jsou kalorimetry, které detekují energii diváckých nukleonů za účelem určení oblasti překrytí dvou kolidujících jader. Skládá se ze čtyř kalorimetrů, dvou pro detekci protonů (ZP) a dvou pro detekci neutronů (ZN). Nacházejí se 115 metrů od interakčního bodu na obou stranách, přesně podél linie paprsku. ZN je umístěna v nulovém stupni vzhledem k ose paprsku LHC mezi dvěma paprskovými trubkami. To je důvod, proč jim říkáme kalorimetry s nulovým stupněm (ZDC). ZP je umístěn externě na výstupní trubici paprsku. Divácké protony jsou od iontových paprsků odděleny dipólovým magnetem D1.

ZDC jsou „špagetové kalorimetry“, vyráběné stohem těžkých kovových desek rýhovaných pro přidělení matrice křemenných vláken. Jejich princip fungování je založen na detekci čerenkovského světla produkovaného nabitými částicemi sprchy ve vláknech.

Detektor V0

V0 se skládá ze dvou polí scintilačních čítačů nastavených na obou stranách interakčního bodu ALICE a nazývaných V0-A a V0-C. Počitadlo V0-C je umístěno před absorbérem ramene dimuon a zakrývá přijetí spektrometru, zatímco čítač V0-A bude umístěn přibližně 3,5 m od vrcholu kolize na druhé straně.

Slouží k odhadu centrálnosti srážky sečtením energie uložené na dvou discích V0. Toto pozorovatelné měřítko přímo s počtem primárních částic generovaných při srážce, a proto na centrálnost.

V0 se také používá jako reference ve Van Der Meerových skenech, které udávají velikost a tvar srážejících se paprsků a tedy i svítivost dodanou do experimentu.

Detektor T0

ALICE T0 slouží jako startovací, spouštěcí a světelný detektor pro ALICE. Přesný čas interakce (START) slouží jako referenční signál pro detektor doby letu, který se používá k identifikaci částic. T0 dodává pět různých spouštěcích signálů do centrálního spouštěcího procesoru. Nejdůležitější z nich je vrchol T0 poskytující rychlé a přesné potvrzení polohy primárního interakčního bodu podél osy paprsku v rámci stanovených hranic. Detektor se také používá pro online monitorování svítivosti poskytující rychlou zpětnou vazbu týmu akcelerátorů.

Detektor T0 se skládá ze dvou polí Čerenkovových čítačů (T0-C a T0-A) umístěných na opačných stranách interakčního bodu (IP). Každé pole má 12 válcových čítačů vybavených křemenným zářičem a fotonásobičem.

ALICE detektor kosmických paprsků (ACORDE)

Jeskyně ALICE poskytuje ideální místo pro detekci vysokoenergetických atmosférických mionů pocházejících ze sprch s kosmickým paprskem. ACORDE detekuje sprchy kosmického záření spuštěním příchodu mionů na vrchol magnetu ALICE.

Spouštěč kosmického záření ALICE je vyroben ze 60 scintilačních modulů rozmístěných na 3 horních stranách magnetického třmenu ALICE. Pole lze nakonfigurovat tak, aby se spouštělo při událostech s jedním nebo více miony, od 2násobných náhod až po celé pole, pokud je to žádoucí. Vysoká svítivost ACORDE umožňuje záznam kosmických událostí s velmi vysokou multiplicitou paralelních muonových stop, takzvaných mionových svazků.

S ACORDE byl experiment ALICE schopen detekovat mionové svazky s nejvyšší multiplicitou, jaká kdy byla registrována, a také nepřímo měřit velmi vysoké energetické primární kosmické paprsky.

Sběr dat

ALICE musela navrhnout systém sběru dat, který funguje efektivně ve dvou široce odlišných provozních režimech: velmi časté, ale malé události, při kterých dochází ke srážce několika protonů s protony, a relativně vzácné, ale extrémně velké události s desítkami tisíc nové částice vznikající při srážkách olovo-olovo na LHC (L = 10 ²⁷ cm ⁻² s ⁻¹ v Pb-Pb se 100 ns křížením svazků a L = 10 ^30-10 10 ³¹ cm ⁻² s ⁻¹ v pp s 25 ns přechody svazků).

Systém sběru dat ALICE musí vyvážit svou kapacitu pro záznam stálého toku velmi velkých událostí vyplývajících z centrálních kolizí se schopností vybrat a zaznamenat vzácné průřezové procesy. Tyto požadavky mají za následek celkovou šířku pásma pro vytváření událostí až 2,5 GB/s a kapacitu úložiště až 1,25 GB/s, což představuje celkem více než 1 PByte dat každý rok. Jak je znázorněno na obrázku, ALICE potřebuje kapacitu pro ukládání dat, která daleko převyšuje kapacitu současné generace experimentů. Tato rychlost přenosu dat odpovídá šestinásobku obsahu Encyclopædia Britannica každou sekundu.

Hardware systému ALICE DAQ je z velké části založen na komoditních komponentách: PC se systémem Linux a standardními ethernetovými přepínači pro síť eventbuilding. Požadovaných výkonů je dosaženo propojením stovek těchto počítačů do velké struktury DAQ. Softwarový rámec ALICE DAQ se nazývá DATE (ALICE Data Acquisition and Test Environment). DATE se již používá dnes, během fáze výstavby a testování experimentu, přičemž se postupně vyvíjí směrem ke konečnému výrobnímu systému. AFFAIR (A Flexible Fabric and Application Information Recorder) je navíc software pro monitorování výkonu vyvinutý projektem ALICE Data Acquisition. AFFAIR je z velké části založen na otevřeném zdrojovém kódu a skládá se z následujících komponent: shromažďování dat, komunikace mezi uzly využívající DIM, rychlé a dočasné úložiště databáze typu každý s každým a trvalé ukládání a generování plotů pomocí ROOT.

Konečně. experiment ALICE Mass Storage System (MSS) kombinuje velmi velkou šířku pásma (1,25 GByt/s) a každý rok ukládá obrovské množství dat, více než 1 Pbyt. Systém velkokapacitního úložiště je vyroben z: a) Global Data Storage (GDS) provádějícího dočasné ukládání dat v experimentální jámě; b) Permanent Data Storage (PDS) pro dlouhodobý archiv dat v CERN Computing Center a nakonec ze softwaru The Mass Storage System spravujícího vytváření, přístup a archiv dat.

Výsledek

Fyzikální program ALICE zahrnuje následující hlavní témata: i) studium termalizace partonů v QGP se zaměřením na masivní půvabné kvarky krásy a porozumění chování těchto těžkých kvarků ve vztahu k těžce spřaženému médiu QGP, ii) studium mechanismů energetických ztrát, ke kterým dochází v médiu, a závislostí energetických ztrát na druhu partonů, iii) disociaci stavů kvarkonia, která může být sondou dekonfinice a teploty média a nakonec produkce tepelných fotonů a nízkohmotných dileptonů emitovaných QGP, což je o posouzení počáteční teploty a stupňů volnosti systémů, jakož i chirální povahy fázového přechodu.

Spolupráce ALICE představila své první výsledky z kolizí protonů LHC při energii těžiště 7 TeV v březnu 2010. Výsledky potvrdily, že multiplicita nabitých částic roste s energií rychleji, než se očekávalo, zatímco tvar distribuce multiplicity je není dobře reprodukován standardními simulacemi. Výsledky byly založeny na analýze vzorku 300 000 srážek proton-proton, který experiment ALICE shromáždil během prvních jízd LHC se stabilními paprsky se energií těžiště √s, 7 TeV,

V roce 2011 měřila ALICE Collaboration velikost systému vytvořeného při srážkách Pb-Pb při energii těžiště 2,76 TeV na pár nukleonů. ALICE potvrdila, že hmota QCD vytvořená při srážkách Pb-Pb se chová jako tekutina se silnými kolektivními pohyby, které jsou dobře popsány hydrodynamickými rovnicemi. Ohnivá koule vzniklá při jaderných srážkách na LHC je teplejší, žije déle a expanduje na větší velikost než médium, které vzniklo při srážkách těžkých iontů v RHIC. Měření multiplicity experimentem ALICE ukazuje, že systém má zpočátku mnohem vyšší energetickou hustotu a je alespoň o 30% teplejší než u RHIC, což má za následek zhruba dvojnásobnou multiplicitu částic pro každý kolidující pár nukleonů (Aamodt et al. 2010a). Další analýzy, zejména zahrnující plnou závislost těchto pozorovatelných na centrálnosti, poskytnou více informací o vlastnostech systému-jako jsou počáteční rychlosti, stavová rovnice a viskozita kapaliny-a silně omezí teoretické modelování těžkých iontů kolize.

Perfektní kapalina v LHC

Mimostředové jaderné srážky s parametrem konečného dopadu vytvářejí silně asymetrickou ohnivou kouli „mandlového tvaru“. Experimenty však nemohou měřit prostorové rozměry interakce (kromě zvláštních případů, například při výrobě pionů, viz). Místo toho měří distribuci hybnosti emitovaných částic. Korelace mezi naměřeným azimutálním rozložením hybnosti částic emitovaných z rozpadající se ohnivé koule a počáteční prostorovou asymetrií může vzniknout pouze z více interakcí mezi složkami vytvořené hmoty; jinými slovy nám to říká o tom, jak hmota proudí, což souvisí s její stavovou rovnicí a jejími termodynamickými transportními vlastnostmi.

Naměřené azimutální rozdělení částic v hybném prostoru lze rozložit na Fourierovy koeficienty. Druhý Fourierův koeficient (v2), nazývaný eliptický tok, je obzvláště citlivý na vnitřní tření nebo viskozitu tekutiny, přesněji řečeno η/s, poměr smykové viskozity (η) k entropii (s) systému . U dobré tekutiny, jako je voda, je poměr η/s malý. „Hustá“ kapalina, jako je med, má velké hodnoty η/s.

Při srážkách těžkých iontů na LHC spolupráce ALICE zjistila, že horká hmota vzniklá při srážce se chová jako tekutina s malým třením, s η/s blízko své spodní hranice (téměř nulová viskozita). S těmito měřeními ALICE právě začala zkoumat teplotní závislost η/s a očekáváme mnohem více hloubkových měření souvisejících s prouděním na LHC, která ještě více omezí hydrodynamické vlastnosti QGP.

Měření nejvyšší teploty na Zemi

V srpnu 2012 vědci ALICE oznámili, že jejich experimenty produkují kvark -gluonové plazma s teplotou kolem 5,5 bilionů kelvinů , což je nejvyšší teplota dosažená v dosavadních fyzikálních experimentech. Tato teplota je o 38% vyšší než předchozí rekord asi 4 bilionů kelvinů, dosažený v experimentech z roku 2010 v Brookhaven National Laboratory .

Výsledky ALICE byly vyhlášeny na konferenci Quark Matter 2012 z 13. srpna 2012 ve Washingtonu, DC . Kvarkovo -gluonová plazma produkovaná těmito experimenty přibližuje podmínky ve vesmíru, které existovaly mikrosekundy po Velkém třesku , než se hmota spojila do atomů .

Ztráta energie

Základním procesem v QCD je energetická ztráta rychlého partonu v médiu složeném z barevných nábojů. Tento jev, „tryskové kalení“, je zvláště užitečný při studiu QGP s využitím přirozeně se vyskytujících produktů (trysek) tvrdého rozptylu kvarků a gluonů z příchozích jader. Vysoce energetický parton (barevný náboj) sonduje barevné médium spíše jako rentgenové sondy běžnou hmotu. Výroba těchto partonických sond v hadronových srážkách je dobře chápána v rámci poruchového QCD. Teorie také ukazuje, že parton procházející médiem ztratí zlomek své energie emitováním mnoha měkkých (nízkoenergetických) gluonů. Množství vyzařované energie je úměrné hustotě média a čtverci délky dráhy, kterou parton v médiu prošel. Teorie také předpovídá, že ztráta energie závisí na chuti partonu.

Kalení tryskami bylo poprvé pozorováno při RHIC měřením výtěžků hadronů s vysokou příčnou hybností. Tyto částice jsou produkovány fragmentací energetických partonů. Bylo zjištěno, že výtěžky těchto částic s vysokým pT při srážkách centrálního jádra s jádrem jsou o pětkrát nižší, než se očekávalo z měření v reakcích proton-proton. ALICE nedávno publikovala měření nabitých částic v centrálních srážkách těžkých iontů na LHC. Stejně jako u RHIC je produkce hadronů s vysokým pT na LHC silně potlačena. Pozorování na LHC však ukazují kvalitativně nové funkce. Pozorování od ALICE je v souladu se zprávami ze spolupráce ATLAS a CMS o přímých důkazech ztráty energie partonů při srážkách těžkých iontů pomocí plně zrekonstruovaných trysek částic spojených zády k sobě spojených s rozptylem tvrdých partonů. Poslední dva experimenty prokázaly silnou energetickou nerovnováhu mezi proudovým letadlem a jeho zpětným partnerem (G Aad et al. 2010 a CMS spolupráce 2011). Předpokládá se, že tato nerovnováha vzniká, protože jeden z paprsků procházel horkou a hustou hmotou a přenášel podstatnou část své energie do média způsobem, který není obnoven rekonstrukcí trysek.

Studium hadroprodukce kvarkonia

Quarkonia jsou vázané stavy těžkých chuťových kvarků (kouzlo nebo dno) a jejich antikvarků. Dva typy kvarkonií byly rozsáhle studovány: charmonia, která se skládá z kouzelného kvarku a anti-kouzla, a bottomonia vyrobená ze dna a kvarku proti dnu. Charm a anticharm quark v přítomnosti Quark Gluon Plasma, ve kterém je mnoho volných barevných nábojů, se již nemohou navzájem vidět, a proto nemohou vytvářet vázané stavy. „Tavení“ kvarkonie na QGP se projevuje potlačením výnosů kvarkonia ve srovnání s produkcí bez přítomnosti QGP. Hledání potlačení kvarkonie jako podpisu QGP začalo před 25 lety. První výsledky ALICE pro kouzelné hadrony při srážkách PbPb při energii těžiště √sNN = 2,76 TeV naznačují silnou ztrátu energie ve středu pro kouzlo a podivné kvarky, což je známkou tvorby horkého média QGP.

Se zvyšující se teplotou roste i barevný screening, což má za následek větší potlačení stavů kvarkonia, protože je pro kouzlo - anticharm nebo spodní - antibottom obtížnější vytvářet nové vázané stavy. Při velmi vysokých teplotách se nepředpokládá, že by přežily žádné státy kvarkonia; tají v QGP. Sekvenční potlačení kvarkonia je proto považováno za QGP teploměr, protože stavy s různou hmotností mají různé velikosti a očekává se, že budou skrínovány a disociovány při různých teplotách. Nicméně - jak narůstá energie srážky - zvyšuje se také počet kvarků kouzlo -anticharm, které mohou vytvářet vázané stavy, a při přechodu na vyšší energie se může objevit vyrovnávací mechanismus rekombinace kvarkonie.

Výsledky z prvního běhu ALICE jsou ve srovnání s pozorováním z nižších energií poměrně zarážející. Zatímco podobné potlačení je pozorováno u energií LHC u periferních srážek, při pohybu směrem k dalším čelním srážkám-jak je kvantifikováno rostoucím počtem nukleonů v hlavních jádrech účastnících se interakce-se potlačení již nezvyšuje. Navzdory vyšším teplotám dosaženým při jaderných srážkách na LHC je proto experimentem ALICE v Pb – Pb s ohledem na p – p detekováno více mezonů J/ψ. Takový účinek pravděpodobně souvisí s regeneračním procesem, ke kterému dochází na teplotní hranici mezi QGP a horkým plynem hadronů.

Potlačení stavů charmonia bylo také pozorováno při srážkách proton-olovo na LHC, při nichž se netvoří Quark Gluon Plasma. To naznačuje, že pozorované potlačení při srážkách proton-jádro (pA) je způsobeno účinky studené jaderné hmoty. Uchopení bohatství experimentálních výsledků vyžaduje pochopení střední modifikace kvarkonie a rozpojení účinků horké a studené hmoty. Dnes je k dispozici velké množství údajů z RHIC a LHC o potlačení šarmonia a bottomonia a ALICE se snaží rozlišovat mezi efekty způsobenými tvorbou QGP a těmi z účinků studené jaderné hmoty.

Struktura se dvěma hřebeny při srážkách p-Pb

Analýza dat ze srážek p-Pb na LHC odhalila zcela neočekávanou strukturu se dvěma hřebeny s dosud neznámým původem. Srážky proton-olovo (pPb) v roce 2013, dva roky poté, co srážky těžkých iontů otevřely novou kapitolu v průzkumu vlastností dekonfigurovaného, ​​chirálně symetrického stavu QGP. Překvapivá blízká, dlouhodobá (prodloužená v pseudorapiditě) korelace, tvořící hřebenovou strukturu pozorovanou při srážkách pp s vysokou multiplicitou, byla také nalezena při srážkách pPb s vysokou multiplicitou, ale s mnohem větší amplitudou (). Největší překvapení však přineslo pozorování, že tento hřeben blízké strany je doprovázen v podstatě symetrickým hřebenem opačné strany, opačným v azimutu (CERN Courier March 2013 p6). Tento dvojitý hřeben byl odhalen poté, co byly potlačeny korelace krátkého dosahu vyplývající z fragmentace paprsků a rezonančních rozpadů odečtením korelační distribuce měřené pro události s nízkou multiplicitou od distribuce pro události s vysokou multiplicitou.

Podobné struktury dlouhého dosahu při srážkách těžkých iontů byly přičítány kolektivnímu toku částic emitovaných z termalizovaného systému procházejícího kolektivní hydrodynamickou expanzí. Tuto anizotropii lze charakterizovat pomocí vn (n = 2, 3, ...) koeficientů Fourierova rozkladu azimutálního rozdělení jedné částice. K dalšímu testování možné přítomnosti kolektivních jevů spolupráce ALICE rozšířila analýzu korelace dvou částic na identifikované částice a zkontrolovala potenciální uspořádání hmoty harmonických koeficientů v2. Takové uspořádání hmoty bylo pozorováno při srážkách těžkých iontů, kde bylo interpretováno, že vznikají ze společného radiálního zesílení-takzvaného radiálního toku-spojeného s anizotropií v hybném prostoru. Pokračováním překvapení bylo při srážkách pPb s vysokou multiplicitou změřeno jasné uspořádání hmotnosti částic, podobné tomu, které bylo pozorováno u středních centrálních srážek PbPb (CERN Courier, září 2013).

Poslední překvapení zatím pochází ze států charmonia. Zatímco produkce J/ψ neodhaluje žádné neočekávané chování, produkce těžšího a méně vázaného (2S) stavu naznačuje silné potlačení (0,5–0,7) vzhledem k J/ψ ve srovnání s kolizemi pp. Je to náznak účinků média? Ve skutečnosti při srážkách těžkých iontů bylo takové potlačení interpretováno jako sekvenční tání stavů kvarkonie v závislosti na jejich vazebné energii a teplotě QGP vytvořené při těchto srážkách.

První kampaň měření pPb, očekávané výsledky byly široce doprovázena neočekávanými pozorováními. Mezi očekávané výsledky patří potvrzení, že srážky proton -jádro poskytují vhodný nástroj pro detailní studium partonické struktury studené jaderné hmoty. Překvapení pochází z podobnosti několika pozorovatelných mezi srážkami pPb a PbPb, které naznačují existenci kolektivních jevů při srážkách pPb s vysokou multiplicitou částic a nakonec i tvorbou QGP.

Upgrady a plány do budoucna

Dlouhé vypnutí 1

Hlavní činností upgradu na ALICE během Long Shutdown 1 LHC byla instalace dijetového kalorimetru (DCAL), rozšíření stávajícího systému EMCAL, který přidává 60 ° azimutálního přijetí oproti stávajícím 120 ° přijetí EMCAL. Tento nový subdetektor bude nainstalován na spodní část magnetického magnetu, který v současné době obsahuje tři moduly fotonového spektrometru (PHOS). Kromě toho bude nainstalován zcela nový železniční systém a kolébka pro podporu tří modulů PHOS a osmi modulů DCAL, které dohromady váží více než 100 tónů. Následovat bude instalace pěti modulů TRD, a tak bude dokončen tento komplexní detektorový systém, který se skládá z 18 jednotek,

Kromě těchto hlavních činností detektorů prošlo během LS1 všech 18 subdetektorů ALICE zásadních vylepšení, zatímco došlo k výměně počítačů a disků online systémů, po nichž následovaly upgrady operačních systémů a online softwaru.

Všechny tyto snahy mají zajistit, aby byl ALICE v dobrém stavu po dobu tříletého běhu LHC po LS1, kdy se spolupráce těší na kolize těžkých iontů při nejvyšší energii LHC 5,5 TeV/nukleon při svítivosti přesahující 1027 Hz / cm ² .

Dlouhé vypnutí 2 (2018)

Spolupráce ALICE má plány na zásadní upgrade během příštího dlouhého odstavení, LS2, aktuálně naplánovaného na rok 2018. Poté bude celý silikonový tracker nahrazen monolitickým pixelovým sledovacím systémem postaveným z čipů ALPIDE; komora pro časovou projekci bude doplněna o detektory GEM (plynný elektronový multiplikátor) pro kontinuální odečet a použití nové mikroelektroniky; a všechny ostatní subdetektory a online systémy se připraví na stonásobné zvýšení počtu událostí zapsaných na pásku.

Reference

externí odkazy

• Média související s ALICE na Wikimedia Commons
• Oficiální veřejná webová stránka ALICE v CERNu
• Interaktivní časová osa k 20. výročí ALICE
• Sekce ALICE na webových stránkách USA/LHC
• Aamodt, K .; et al. (The ALICE Collaboration) (2008). „Experiment ALICE v CERN LHC“ . Journal of Instrumentation . 3 (8): S08002. Bibcode : 2008JInst ... 3S8002A . doi : 10,1088/1748-0221/3/08/S08002 .