Experiência ALICE - ALICE experiment

Coordenadas : 46 ° 15′04,8 ″ N 6 ° 01′12,5 ″ E / 46,251333 ° N 6,020139 ° E / 46.251333; 6.020139

ALICE, um grande experimento de colisor de íons
ALICE all.jpg
Visão geral do detector ALICE
Formação Carta de Intenções enviada em julho de 1993
Quartel general Genebra , Suíça
Lista de porta-vozes de ALICE
Luciano Musa
Federico Antinori
Paolo Giubellino
Jurgen Schukraft
Local na rede Internet http://aliceinfo.cern.ch/
Grande Colisor de Hádrons
(LHC)
LHC.svg
Experimentos do LHC
ATLAS Um aparelho LHC toroidal
CMS Solenóide de Muon Compacto
LHCb LHC-beleza
ALICE Um grande experimento de colisor de íons
TOTEM Seção transversal total, dispersão elástica e dissociação de difração
LHCf LHC-forward
MoEDAL Detector monopolo e exótico no LHC
MAIS RÁPIDO Experimento de Pesquisa ForwArd
SND Detector de dispersão e neutrino
Pré-aceleradores LHC
p e Pb Aceleradores lineares para prótons (Linac 4) e chumbo (Linac 3)
(não marcado) Intensificador de Síncrotron de Prótons
PS Síncrotron de prótons
SPS Super Proton Synchrotron

ALICE ( A Large Ion Collider Experiment ) é um dos oito experimentos de detecção do Large Hadron Collider no CERN . Os outros sete são: ATLAS , CMS , TOTEM , LHCb , LHCf , MoEDAL e FASER .

Introdução

Visão em corte gerada por computador de ALICE mostrando os 18 detectores do experimento.

ALICE é otimizado para estudar colisões de íons pesados ​​( núcleos Pb-Pb ) em um centro de energia de massa de até 5,02 TeV por par de núcleos . A temperatura e a densidade de energia resultantes permitem a exploração do plasma quark-gluon , um quinto estado da matéria no qual quarks e gluons são liberados. Acredita-se que condições semelhantes existiram uma fração de segundo após o Big Bang, antes que os quarks e os glúons se unissem para formar os hádrons e partículas mais pesadas.

ALICE está se concentrando na física de matéria interagindo fortemente em densidades de energia extremas. As propriedades do plasma quark-gluon e a compreensão do desconfinamento do quark são questões-chave na cromodinâmica quântica (QCD). Os resultados obtidos por ALICE corroboram o entendimento do confinamento de cores e restauração da simetria quiral . A recriação da forma primordial da matéria, plasma quark-gluon , e a compreensão de como ele evolui, deve lançar luz sobre questões sobre como a matéria é organizada, o mecanismo que confina quarks e glúons e a natureza das interações fortes e como elas resultam na geração de grosso da massa de matéria comum.

A cromodinâmica quântica (QCD) prevê que em densidades de energia suficientemente altas haverá uma transição de fase da matéria hadrônica convencional, onde os quarks estão presos dentro das partículas nucleares, para um plasma de quarks e glúons desconfinados. Acredita-se que o reverso desta transição ter ocorrido quando o universo tinha apenas 10 -6 s de idade, e ainda pode desempenhar um papel hoje nos corações de colapso de estrelas de nêutrons ou outros objetos astrofísicos.

História

A ideia de construir um detector de íons pesados ​​dedicado para o LHC foi exposta pela primeira vez no histórico encontro de Evian "Rumo ao Programa experimental do LHC" em março de 1992. A partir das ideias apresentadas ali, a colaboração ALICE foi formada e, em 1993, uma Carta de O interesse foi enviado.

ALICE foi proposto pela primeira vez como um detector central em 1993 e mais tarde complementado por um espectrômetro de múon adicional projetado em 1995. Em 1997, ALICE recebeu luz verde do Comitê do LHC para prosseguir com o projeto final e construção.

Os primeiros dez anos foram dedicados ao design e a um extenso esforço de P&D. Como para todos os outros experimentos do LHC, ficou claro desde o início que também os desafios da física de íons pesados ​​no LHC não poderiam ser realmente atendidos (nem pagos) com a tecnologia existente. Avanços significativos e, em alguns casos, um avanço tecnológico, seriam necessários para construir no terreno o que os físicos haviam sonhado no papel para seus experimentos. O esforço de P&D inicialmente muito amplo e posteriormente mais focado, bem organizado e bem apoiado, que foi sustentado durante a maior parte da década de 1990, levou a muitos avanços evolutivos e alguns revolucionários em detectores, eletrônica e computação.

Projetar um experimento dedicado de íons pesados ​​no início dos anos 90 para uso no LHC cerca de 15 anos depois apresentou alguns desafios assustadores. O detector tinha de ser de uso geral - capaz de medir a maioria dos sinais de interesse potencial, mesmo que sua relevância só pudesse se tornar aparente mais tarde - e flexível, permitindo acréscimos e modificações ao longo do caminho conforme novas avenidas de investigação se abrissem. Em ambos os aspectos, ALICE se saiu muito bem, pois incluiu uma série de observáveis ​​em seu menu inicial, cuja importância só ficou clara mais tarde. Vários sistemas principais de detecção foram adicionados, desde o espectrômetro de múon em 1995, os detectores de radiação de transição em 1999 a um grande calorímetro a jato adicionado em 2007.

ALICE registrou dados das primeiras colisões chumbo-chumbo no LHC em 2010. Conjuntos de dados coletados durante os períodos de íons pesados ​​em 2010 e 2011, bem como dados de próton-chumbo de 2013, forneceram uma excelente base para uma análise aprofundada do física do plasma quark-gluon.

Em 2014, após mais de três anos de operação bem-sucedida, o detector ALICE está prestes a passar por um grande programa de consolidação e atualização durante a longa paralisação [LS1] do complexo de aceleradores do CERN. Um novo subdetetor denominado calorímetro dijet (DCAL) será instalado e todos os 18 subdetetores ALICE existentes serão atualizados. Haverá também grandes obras de renovação na infraestrutura do ALICE, incluindo os sistemas elétricos e de refrigeração. A riqueza de resultados científicos publicados e o intenso programa de atualização do ALICE têm atraído vários institutos e cientistas de todo o mundo. Hoje a Colaboração ALICE tem mais de 1.800 membros vindos de 176 institutos em 41 países

Colisões de íons pesados ​​no LHC

As pesquisas por plasma Quark Gluon e uma compreensão mais profunda do QCD começaram no CERN e em Brookhaven com íons mais leves na década de 1980. O programa de hoje nesses laboratórios mudou para colisões ultrarelativísticas de íons pesados ​​e está apenas atingindo o limite de energia em que a transição de fase deve ocorrer. O LHC, com uma energia de centro de massa em torno de 5,5 TeV / nucleon, empurrará o alcance da energia ainda mais.

Durante as colisões frontais de íons de chumbo no LHC, centenas de prótons e nêutrons se chocam com energias acima de alguns TeVs. Os íons de chumbo são acelerados a mais de 99,9999% da velocidade da luz e as colisões no LHC são 100 vezes mais energéticas do que as de prótons - aquecendo a matéria no ponto de interação a uma temperatura quase 100.000 vezes superior à temperatura no centro de o sol.

Quando os dois núcleos principais se chocam, a matéria passa por uma transição para formar por um breve instante uma gota de matéria primordial, o chamado plasma quark-gluon, que se acredita ter preenchido o universo alguns microssegundos após o Big Bang.

O plasma quark-gluon é formado como prótons e nêutrons "derretem" em seus constituintes elementares, quarks e glúons tornam-se assintoticamente livres. A gota de QGP esfria instantaneamente e os quarks e glúons individuais (chamados coletivamente de partons ) se recombinam em uma nevasca de matéria comum que se espalha em todas as direções. Os detritos contêm partículas como píons e kaons , que são feitos de um quark e um antiquark ; prótons e nêutrons , feitos de três quarks; e até mesmo antiprótons e antinêutrons copiosos , que podem se combinar para formar os núcleos de antiatomas tão pesados ​​quanto o hélio. Muito pode ser aprendido estudando a distribuição e a energia desses detritos.

Primeiras colisões chumbo-chumbo

Uma das primeiras colisões de íons de chumbo do LHC, conforme registrado pelo detector ALICE.

O Large Hadron Collider destruiu seus primeiros íons de chumbo em 2010, em 7 de novembro por volta das 12h30 CET.

As primeiras colisões no centro dos detectores ALICE, ATLAS e CMS ocorreram menos de 72 horas depois que o LHC encerrou sua primeira execução de prótons e passou para feixes de íons de chumbo em aceleração. Cada núcleo principal contém 82 prótons, e o LHC acelera cada próton a uma energia de 3,5 TeV, resultando assim em uma energia de 287 TeV por feixe, ou uma energia de colisão total de 574 TeV.

Até 3.000 partículas carregadas foram emitidas a partir de cada colisão, mostradas aqui como linhas que irradiam do ponto de colisão. As cores das linhas indicam quanta energia cada partícula carregou com a colisão.

Colisões próton-chumbo no LHC

Colisão próton-íon chumbo registrada pelo Experimento ALICE em 13 de setembro de 2012 em um centro de energia de massa por par de núcleos-núcleos em colisão de 5,02 TeV.

Em 2013, o LHC colidiu prótons com íons de chumbo para os primeiros feixes de física do LHC de 2013. O experimento foi conduzido por feixes contra-rotativos de prótons e íons de chumbo e começou com órbitas centradas com diferentes frequências de revolução e, em seguida, rampado separadamente para o energia máxima de colisão do acelerador.

A primeira corrida de prótons de chumbo no LHC durou um mês e os dados ajudam os físicos do ALICE a desacoplar os efeitos do plasma dos efeitos decorrentes dos efeitos da matéria nuclear fria e lançar mais luz sobre o estudo do plasma Quark-Gluon.

No caso de colisões chumbo-chumbo, as configurações dos quarks e glúons que constituem os prótons e nêutrons do núcleo de chumbo de entrada podem ser um pouco diferentes daquelas nos prótons de entrada. Para estudar se parte dos efeitos que vemos quando comparamos as colisões chumbo-chumbo e próton-próton se deve a esta diferença de configuração e não à formação do plasma. As colisões próton-chumbo são uma ferramenta ideal para este estudo.

Os detectores ALICE

Uma consideração chave do projeto ALICE é a capacidade de estudar QCD e quark (des) confinamento sob essas condições extremas. Isso é feito usando partículas, criadas dentro do volume quente à medida que se expande e esfria, que vivem o tempo suficiente para atingir as camadas de detectores sensíveis situadas ao redor da região de interação. O programa de física de ALICE depende de ser capaz de identificar todos eles, ou seja, determinar se são elétrons, fótons, píons, etc. e determinar sua carga. Isso envolve tirar o máximo proveito das (às vezes ligeiramente) diferentes maneiras pelas quais as partículas interagem com a matéria.

Em um experimento "tradicional", as partículas são identificadas ou pelo menos atribuídas a famílias ( hádrons carregados ou neutros ), pelas assinaturas características que deixam no detector. O experimento é dividido em alguns componentes principais e cada componente testa um conjunto específico de propriedades das partículas. Esses componentes são empilhados em camadas e as partículas passam pelas camadas sequencialmente a partir do ponto de colisão para fora: primeiro um sistema de rastreamento, depois um eletromagnético (EM) e um calorímetro hadrônico e, finalmente, um sistema múon. Os detectores são inseridos em um campo magnético para dobrar as trilhas de partículas carregadas para determinação do momento e da carga . Este método para identificação de partículas funciona bem apenas para certas partículas e é usado, por exemplo, pelos grandes experimentos do LHC ATLAS e CMS . No entanto, esta técnica não é adequada para identificação de hádrons, pois não permite distinguir os diferentes hádrons carregados que são produzidos em colisões de Pb-Pb.

Para identificar todas as partículas que estão saindo do sistema do QGP ALICE está utilizando um conjunto de 18 detectores que fornecem informações sobre a massa, a velocidade e o sinal elétrico das partículas.

Rastreamento de barril

Um conjunto de detectores de barris cilíndricos que circundam o ponto de interação nominal é usado para rastrear todas as partículas que voam para fora do meio denso e quente. O Inner Tracking System (ITS) (consistindo em três camadas de detectores: Silicon Pixel Detector (SPD), Silicon Drift Detector (SDD), Silicon Strip Detector (SSD)), a Time Projection Chamber (TPC) e o Transition Radiation Detector ( TRD) mede em vários pontos a passagem de cada partícula que carrega uma carga elétrica e dá informações precisas sobre a trajetória da partícula. Os detectores de rastreamento de barril ALICE estão embutidos em um campo magnético de 0,5 Tesla produzido por um enorme solenóide magnético que curva as trajetórias das partículas. A partir da curvatura das pistas pode-se derivar seu momento. O ITS é tão preciso que as partículas que são geradas pelo decaimento de outras partículas com um longo tempo de vida (~ 0,1 mm antes do decaimento) podem ser identificados ao ver que eles não se originam do ponto onde a interação ocorreu (o " vértice " do evento), mas sim de um ponto a uma distância de apenas um décimo de milímetro. Isso nos permite medir, por exemplo, quarks bottom que decaem em um meson B de vida relativamente longa por meio de cortes "topológicos".

Sistema de rastreamento interno

Instalação do ALICE Inner Tracking System

As partículas pesadas de vida curta cobrem uma distância muito pequena antes de se decompor. Este sistema visa identificar esses fenômenos de decomposição medindo o local onde ocorre com a precisão de um décimo de milímetro.

O Inner Tracking System (ITS) consiste em seis camadas cilíndricas de detectores de silício . As camadas circundam o ponto de colisão e medem as propriedades das partículas que emergem das colisões, apontando sua posição de passagem para uma fração de milímetro. Com a ajuda do ITS, partículas contendo quarks pesados (charme e beleza) podem ser identificadas reconstruindo as coordenadas nas quais eles decaem.

Camadas ITS (contando a partir do ponto de interação):

O ITS foi inserido no centro da experiência ALICE em março de 2007 após uma grande fase de P&D. Usando as menores quantidades do material mais leve, o ITS foi feito o mais leve e delicado possível. Com quase 5 m 2 de detectores de fita de silício de dupla face e mais de 1 m 2 de detectores de derivação de silício, é o maior sistema usando os dois tipos de detector de silício.

ALICE apresentou recentemente planos para um Sistema de Rastreamento Interno atualizado, principalmente com base na construção de um novo rastreador de silício com recursos muito melhorados em termos de determinação do parâmetro de impacto (d0) para o vértice primário, eficiência de rastreamento em baixo pT e capacidades de taxa de leitura. O ITS atualizado abrirá novos canais no estudo do plasma Quark Gluon formado no LHC, que são necessários para entender a dinâmica desta fase condensada do QCD.

Ele permitirá o estudo do processo de termalização de quarks pesados no meio medindo sabor pesado charmed e bárions de beleza e estendendo essas medidas para um p T muito baixo pela primeira vez. Ele também dará uma melhor compreensão da dependência da massa do quark da perda de energia no meio e oferecerá uma capacidade única de medir os quarks de beleza, ao mesmo tempo em que melhora a reconstrução do vértice de decadência de beleza. Finalmente, o ITS atualizado nos dará a chance de caracterizar a radiação térmica proveniente do QGP e a modificação no meio das funções espectrais hadrônicas relacionadas à restauração da simetria quiral .

O projeto de atualização requer um grande esforço de P&D de nossos pesquisadores e colaboradores em todo o mundo em tecnologias de ponta: sensores de silício, eletrônica de baixa potência, tecnologias de interconexão e embalagem, estruturas mecânicas ultraleves e unidades de resfriamento.

Câmara de Projeção de Tempo

A Câmara de Projeção de Tempo ALICE usada para rastreamento e identificação de partículas.

A Câmara de Projeção de Tempo ALICE (TPC) é um grande volume preenchido com um gás como meio de detecção e é o principal dispositivo de rastreamento de partículas no ALICE.

Partículas carregadas que cruzam o gás do TPC ionizam os átomos de gás ao longo de seu caminho, liberando elétrons que derivam em direção às placas finais do detector. As características do processo de ionização causadas por partículas carregadas rapidamente que passam por um meio podem ser usadas para a identificação de partículas. A dependência da força de ionização com a velocidade está ligada à conhecida fórmula de Bethe-Bloch , que descreve a perda média de energia de partículas carregadas por colisões inelásticas de Coulomb com os elétrons atômicos do meio.

Contadores proporcionais multifios ou contadores de estado sólido são freqüentemente usados ​​como meio de detecção, porque eles fornecem sinais com alturas de pulso proporcionais à força de ionização. Um efeito de avalanche nas proximidades dos fios do ânodo amarrados nas câmaras de leitura fornece a amplificação de sinal necessária. Os íons positivos criados na avalanche induzem um sinal de corrente positivo no plano da almofada. A leitura é realizada pelas almofadas 557 568 que formam o plano catódico das câmaras proporcionais de múltiplos fios ( MWPC ) localizadas nas placas terminais . Isso fornece a distância radial para o feixe e o azimute. A última coordenada, z ao longo da direção do feixe, é dada pelo tempo de deriva. Uma vez que as flutuações de perda de energia podem ser consideráveis, em geral muitas medições de altura de pulso são realizadas ao longo da trilha de partículas para otimizar a resolução da medição de ionização.

Quase todo o volume do TPC é sensível às partículas carregadas que atravessam, mas apresenta um orçamento mínimo de material. O reconhecimento de padrão direto (trilhas contínuas) torna os TPCs a escolha perfeita para ambientes de alta multiplicidade, como em colisões de íons pesados, onde milhares de partículas precisam ser rastreadas simultaneamente. Dentro do ALICE TPC, a força de ionização de todas as trilhas é amostrada até 159 vezes, resultando em uma resolução da medição de ionização tão boa quanto 5%.

Detector de radiação de transição

O detector ALICE concluído mostrando os dezoito módulos TRD (prismas trapezoidais em um arranjo radial).

Elétrons e pósitrons podem ser discriminados de outras partículas carregadas usando a emissão de radiação de transição , raios-X emitidos quando as partículas cruzam muitas camadas de materiais finos.

A identificação de elétrons e pósitrons é realizada por meio de um detector de radiação de transição (TRD). De maneira semelhante ao espectrômetro de múon, este sistema permite estudos detalhados da produção de ressonâncias vetor-méson, mas com cobertura estendida até o vetor-méson luz ρ e em uma região de rapidez diferente. Abaixo de 1 GeV / c, os elétrons podem ser identificados por meio de uma combinação de medições do detector de identificação de partículas (PID) no TPC e tempo de vôo (TOF). No intervalo de momentum de 1–10 GeV / c, o fato de que os elétrons podem criar TR ao viajar através de um "radiador" dedicado pode ser explorado. Dentro de tal radiador, partículas carregadas rapidamente cruzam os limites entre materiais com diferentes constantes dielétricas, o que pode levar à emissão de fótons TR com energias na faixa dos raios-X. O efeito é minúsculo e o radiador deve fornecer muitas centenas de limites de material para atingir uma probabilidade alta o suficiente de produzir pelo menos um fóton. No ALICE TRD, os fótons TR são detectados logo atrás do radiador usando MWPCs preenchidos com uma mistura de gás à base de xenônio, onde depositam sua energia no topo dos sinais de ionização da trilha da partícula.

O ALICE TRD foi projetado para derivar um gatilho rápido para partículas carregadas com alto momento e pode aumentar significativamente os rendimentos registrados de mésons vetoriais. Para isso, 250.000 CPUs são instaladas diretamente no detector para identificar candidatos a trilhas de alto momento e analisar a deposição de energia associada a eles o mais rápido possível (enquanto os sinais ainda estão sendo criados no detector). Essas informações são enviadas para uma unidade de rastreamento global, que combina todas as informações para pesquisar pares de rastreio elétron-pósitron em apenas 6 μs.

Para desenvolver um detector de radiação de transição (TRD) para ALICE, muitos protótipos de detectores foram testados em feixes mistos de píons e elétrons.

Identificação de partículas com ALICE

ALICE também quer saber a identidade de cada partícula, se é um elétron, ou um próton, um kaon ou um píon.

Hádrons carregados (na verdade, todas as partículas carregadas estáveis) são identificados de forma inequívoca se sua massa e carga forem determinadas. A massa pode ser deduzida das medidas do momento e da velocidade. O momento e o sinal da carga são obtidos medindo a curvatura da trilha da partícula em um campo magnético. Para obter a velocidade da partícula existem quatro métodos baseados em medições de tempo de voo e ionização, e na detecção de radiação de transição e radiação Cherenkov. Cada um desses métodos funciona bem em diferentes intervalos de momento ou para tipos específicos de partícula. No ALICE, todos esses métodos podem ser combinados a fim de medir, por exemplo, espectros de partículas.

Além das informações fornecidas pelo ITS e TPC, são necessários detectores mais especializados: o TOF mede, com uma precisão melhor que um décimo de bilionésimo de segundo, o tempo que cada partícula leva para viajar do vértice para alcançá-lo, para que se possa medir sua velocidade. O detector de identificação de partículas de alto momento (HMPID) mede os padrões de luz fraca gerados por partículas rápidas e o TRD mede a radiação especial emitida por partículas muito rápidas ao cruzar diferentes materiais, permitindo assim a identificação de elétrons. Os múons são medidos explorando o fato de que eles penetram na matéria mais facilmente do que a maioria das outras partículas: na região dianteira, um absorvedor muito espesso e complexo para todas as outras partículas e os múons são medidos por um conjunto dedicado de detectores: o espectrômetro de múons.

Tempo de vôo

Partículas carregadas são identificadas em ALICE por Time-Of-Flight (TOF). As medições de TOF geram a velocidade de uma partícula carregada medindo o tempo de voo ao longo de uma determinada distância ao longo da trajetória da pista. Usando as informações de rastreamento de outros detectores, cada trilha disparando um sensor é identificada. Desde que o momento também seja conhecido, a massa da partícula pode então ser derivada dessas medições. O detector ALICE TOF é um detector de grande área baseado em câmaras de placas resistivas multigap (MRPCs) que cobrem uma superfície cilíndrica de 141 m 2 , com um raio interno de 3,7 metros (12 pés). Existem aproximadamente 160.000 almofadas MRPC com resolução de tempo de cerca de 100 ps, ​​distribuídas sobre a grande superfície de 150 m 2 .

Os MRPCs são detectores de placa paralela construídos com folhas finas de vidro de janela padrão para criar espaços de gás estreitos com campos elétricos elevados. Essas placas são separadas por linhas de pesca para fornecer o espaçamento desejado; São necessários 10 intervalos de gás por MRPC para chegar a uma eficiência de detecção próxima de 100%.

A simplicidade da construção permite que um grande sistema seja construído com uma resolução TOF geral de 80 ps a um custo relativamente baixo (CERN Courier, novembro de 2011, pág. 8). Este desempenho permite a separação de kaons, píons e prótons até momentos de alguns GeV / c. Combinar tal medição com as informações do PID do ALICE TPC provou ser útil para melhorar a separação entre os diferentes tipos de partículas, como mostra a figura 3 para uma faixa de momento particular.

Detector de identificação de partículas de alto momento

O detector HMPID antes da instalação final dentro do ímã ALICE.

O Detector de Identificação de Partículas de Alto Momento (HMPID) é um detector RICH para determinar a velocidade das partículas além da faixa de momento disponível através da perda de energia (em ITS e TPC, p  = 600 MeV) e através de medições de tempo de voo (em TOF, p  = 1,2-1,4 GeV).

A radiação Cherenkov é uma onda de choque resultante de partículas carregadas que se movem através de um material mais rápido do que a velocidade da luz naquele material. A radiação se propaga com um ângulo característico em relação à trilha da partícula, que depende da velocidade da partícula. Os detectores Cherenkov fazem uso desse efeito e, em geral, consistem em dois elementos principais: um radiador no qual a radiação Cherenkov é produzida e um detector de fótons. Os detectores Cherenkov de imagem em anel (RICH) resolvem a imagem em forma de anel da radiação Cherenkov focalizada, permitindo uma medição do ângulo de Cherenkov e, portanto, da velocidade da partícula. Isso, por sua vez, é suficiente para determinar a massa da partícula carregada.

Se um meio denso (índice de refração grande) for usado, apenas uma fina camada de radiador da ordem de alguns centímetros é necessária para emitir um número suficiente de fótons Cherenkov. O detector de fótons é então localizado a alguma distância (geralmente cerca de 10 cm) atrás do radiador, permitindo que o cone de luz se expanda e forme a imagem característica em forma de anel. Tal RICH com foco de proximidade é instalado no experimento ALICE.

A faixa de momentum do ALICE HMPID é de até 3 GeV para discriminação de pion / kaon e até 5 GeV para discriminação de kaon / próton . É o maior detector RICH de iodeto de césio do mundo , com uma área ativa de 11 m². Um protótipo foi testado com sucesso no CERN em 1997 e atualmente coleta dados do Relativistic Heavy Ion Collider do Laboratório Nacional de Brookhaven, nos Estados Unidos.

Calorímetros

Calorímetros medem a energia das partículas e determinam se elas têm interações eletromagnéticas ou hadrônicas. A identificação de partículas em um calorímetro é uma medição destrutiva. Todas as partículas, exceto múons e neutrinos, depositam toda sua energia no sistema calorímetro por meio da produção de chuveiros eletromagnéticos ou hadrônicos. Fótons, elétrons e pósitrons depositam toda sua energia em um calorímetro eletromagnético. Seus chuveiros são indistinguíveis, mas um fóton pode ser identificado pela inexistência de uma trilha no sistema de rastreamento que está associada ao chuveiro.

Os fótons (partículas de luz), como a luz emitida por um objeto quente, nos falam sobre a temperatura do sistema. Para medi-los, são necessários detectores especiais: os cristais do PHOS, que são tão densos como o chumbo e tão transparentes como o vidro, irão medi-los com fantástica precisão em uma região limitada, enquanto o PMD e em particular o EMCal irão medi-los. uma área muito ampla. O EMCal também medirá grupos de partículas próximas (chamadas "jatos") que possuem uma memória das primeiras fases do evento.

Espectrômetro de fótons

Uma tecnologia para produção em massa de cristais PWO foi desenvolvida em estreita cooperação entre CERN, a planta Apatity e RRC "Instituto Kurchatov".

PHOS é um calorímetro eletromagnético de alta resolução instalado no ALICE para fornecer dados para testar as propriedades térmicas e dinâmicas da fase inicial da colisão. Isso é feito medindo os fótons que emergem diretamente da colisão. PHOS cobre um domínio de aceitação limitado na rapidez central. É feito de cristais de tungstato de chumbo , semelhantes aos usados ​​pelo CMS, lidos em Avalanche Fotodiodos (APD).

Quando os fótons de alta energia atingem o tungstato de chumbo, eles o fazem brilhar, ou cintilar, e esse brilho pode ser medido. O tungstato de chumbo é extremamente denso (mais denso que o ferro), interrompendo a maioria dos fótons que o alcançam. Os cristais são mantidos a uma temperatura de 248 K, o que ajuda a minimizar a deterioração da resolução de energia devido ao ruído e a otimizar a resposta para baixas energias.

Calorímetro eletromagnético

O EMCal é um calorímetro de amostragem cintilador de chumbo que compreende quase 13.000 torres individuais que são agrupadas em dez supermódulos. As torres são lidas por fibras ópticas de deslocamento de comprimento de onda em uma geometria shashlik acoplada a um fotodiodo de avalanche. O EMCal completo conterá 100.000 telhas cintiladoras individuais e 185 quilômetros de fibra óptica, pesando no total cerca de 100 toneladas.

O EMCal cobre quase todo o comprimento da Câmara de Projeção de Tempo ALICE e detector central, e um terço de seu azimute colocado lado a lado com o Espectrômetro de Fótons ALICE - um calorímetro de chumbo-tungstato menor e altamente granular.

Os supermódulos são inseridos em uma estrutura de suporte independente situada dentro do ímã ALICE, entre os contadores de tempo de vôo e a bobina do ímã. A própria estrutura de suporte é uma estrutura complexa: pesa 20 toneladas e deve suportar cinco vezes o seu próprio peso, com uma deflexão máxima entre estar vazia e estar totalmente carregada de apenas alguns centímetros. A instalação dos supermódulos de oito toneladas requer um sistema de trilhos com um dispositivo de inserção sofisticado para fazer a ponte para a estrutura de suporte.

O Calorímetro Eletromagnético (EM-Cal) aumentará muito as capacidades de medição de partículas de alto momento do ALICE. Estenderá o alcance do ALICE para estudar jatos e outros processos difíceis.

Detector de Multiplicidade de Fótons

O Detector de Multiplicidade de Fótons (PMD) é um detector de chuva de partículas que mede a multiplicidade e distribuição espacial dos fótons produzidos nas colisões. Ele utiliza como primeira camada um detector de veto para rejeitar partículas carregadas. Os fótons, por outro lado, passam por um conversor, iniciando uma chuva eletromagnética em uma segunda camada de detecção, onde produzem grandes sinais em várias células de seu volume sensível. Os hádrons, por outro lado, normalmente afetam apenas uma célula e produzem um sinal que representa as partículas ionizantes mínimas.

Detector de Multiplicidade para Frente

ALICE Forward Multiplicity Detector

O Detector de Multiplicidade para Frente (FMD) estende a cobertura para multiplicidade de partículas de carga nas regiões para frente - dando a ALICE a cobertura mais ampla dos 4 experimentos do LHC para essas medições.

O FMD consiste em 5 grandes discos de silício com cada 10 240 canais detectores individuais para medir as partículas carregadas emitidas em pequenos ângulos em relação ao feixe. FMD fornece uma medição independente da orientação das colisões no plano vertical, que pode ser usada com medições do detector de barril para investigar o fluxo, jatos, etc.

Espectrômetro de múon

O espectrômetro de múon avançado ALICE estuda o espectro completo de quarconias pesadas (J / Ψ, Ψ ′, ϒ, ϒ ′, ϒ ′ ′) por meio de seu decaimento no canal μ + μ–. Os estados de quarcônio pesado fornecem uma ferramenta essencial para estudar o estágio inicial e quente das colisões de íons pesados. Em particular, espera-se que sejam sensíveis à formação do plasma Quark-Gluon. Na presença de um meio não definido (ou seja, QGP) com densidade de energia alta o suficiente, os estados de quarcônio são dissociados por causa da seleção de cores. Isso leva à supressão de suas taxas de produção. Na alta energia de colisão do LHC, tanto os estados do charmonium (J / Ψ e Ψ ′) quanto os estados do bottomonium (ϒ, ϒ ′ e ϒ ′ ′) podem ser estudados. O espectrômetro Dimuon é otimizado para a detecção dessas ressonâncias quark pesadas.

Os principais componentes do espectrômetro de múons ALICE: um absorvedor para filtrar o fundo, um conjunto de câmaras de rastreamento antes, dentro e depois do ímã e um conjunto de câmaras de gatilho.

Os múons podem ser identificados usando a técnica recém-descrita, usando o fato de que eles são as únicas partículas carregadas capazes de passar quase imperturbadas por qualquer material. Esse comportamento está relacionado ao fato de que múons com momentos abaixo de algumas centenas de GeV / c não sofrem perdas de energia radiativa e, portanto, não produzem chuvas eletromagnéticas. Além disso, por serem léptons, não estão sujeitos a fortes interações com os núcleos do material que atravessam. Este comportamento é explorado em espectrômetros de múon em experimentos de física de alta energia, instalando detectores de múon atrás dos sistemas de calorímetro ou atrás de materiais absorventes espessos. Todas as partículas carregadas, exceto múons, são completamente paradas, produzindo chuvas eletromagnéticas (e hadrônicas).

O espectrômetro de múon na região dianteira de ALICE apresenta um absorvedor frontal muito espesso e complexo e um filtro de múon adicional que consiste em uma parede de ferro de 1,2 m de espessura. Candidatos a muões selecionados de trilhas que penetram nesses absorvedores são medidos com precisão em um conjunto dedicado de detectores de rastreamento. Pares de múons são usados ​​para coletar o espectro de ressonâncias de méson vetor de quark pesado (J / Psi). Suas taxas de produção podem ser analisadas em função do momento transversal e da centralidade de colisão, a fim de investigar a dissociação devido à tela colorida. A aceitação do Espectrômetro de Muons ALICE cobre o intervalo de pseudorapidez 2,5 ≤ η ≤ 4 e as ressonâncias podem ser detectadas até o momento transversal zero.

Caracterização da colisão

Finalmente, precisamos saber o quão poderosa foi a colisão: isso é feito medindo os restos dos núcleos em colisão em detectores feitos de materiais de alta densidade localizados a cerca de 110 metros de ambos os lados de ALICE (os ZDCs) e medindo com o FMD, V0 e T0 o número de partículas produzidas na colisão e sua distribuição espacial. T0 também mede com alta precisão o tempo em que o evento ocorre.

Calorímetro de grau zero

Face frontal do calorímetro ZN: um dos dois calorímetros ZN durante a montagem. As fibras de quartzo estão alojadas nas ranhuras de 1936 das placas de liga W.

Os ZDCs são calorímetros que detectam a energia dos núcleos espectadores para determinar a região de sobreposição dos dois núcleos em colisão. É composto por quatro calorímetros, dois para detectar prótons (ZP) e dois para detectar nêutrons (ZN). Eles estão localizados a 115 metros do ponto de interação em ambos os lados, exatamente ao longo da linha de feixe. O ZN é colocado a zero grau em relação ao eixo do feixe do LHC, entre os dois tubos do feixe. É por isso que os chamamos de Calorímetros de Grau Zero (ZDC). O ZP é posicionado externamente ao tubo do feixe de saída. Os prótons espectadores são separados dos feixes de íons por meio do dipolo magnético D1.

Os ZDCs são "calorímetros de espaguete", feitos por uma pilha de placas de metal pesado entalhadas para alocar uma matriz de fibras de quartzo. Seu princípio de operação é baseado na detecção da luz Cherenkov produzida pelas partículas carregadas do chuveiro nas fibras.

Detector V0

V0 é feito de duas matrizes de contadores cintiladores colocados em ambos os lados do ponto de interação ALICE, e chamados de V0-A e V0-C. O contador V0-C está localizado a montante do amortecedor do braço dimuon e cobre a aceitação do espectrômetro enquanto o contador V0-A estará localizado a cerca de 3,5 m de distância do vértice de colisão, do outro lado.

É usado para estimar a centralidade da colisão somando a energia depositada nos dois discos de V0. Esta escala observável diretamente com o número de partículas primárias geradas na colisão e, portanto, para a centralidade.

V0 também é usado como referência em varreduras de Van Der Meer que fornecem o tamanho e a forma dos feixes em colisão e, portanto, a luminosidade fornecida ao experimento.

Detector T0

Uma série de contadores Cherenkov usados ​​no detector ALICE T0.

ALICE T0 serve como detector de partida, gatilho e luminosidade para ALICE. O tempo de interação preciso (START) serve como o sinal de referência para o detector de tempo de voo que é usado para identificação de partículas. T0 fornece cinco sinais de acionamento diferentes para o processador central de acionamento. O mais importante deles é o vértice T0 fornecendo confirmação imediata e precisa da localização do ponto de interação primário ao longo do eixo do feixe dentro dos limites definidos. O detector também é usado para monitoramento de luminosidade online, fornecendo feedback rápido para a equipe do acelerador.

O detector T0 consiste em duas matrizes de contadores Cherenkov (T0-C e T0-A) posicionados nos lados opostos do ponto de interação (IP). Cada matriz possui 12 contadores cilíndricos equipados com um radiador de quartzo e um tubo fotomultiplicador.

Detector de Raios Cósmicos ALICE (ACORDE)

A caverna ALICE oferece um local ideal para a detecção de múons atmosféricos de alta energia provenientes de chuvas de raios cósmicos. ACORDE detecta chuvas de raios cósmicos ao disparar a chegada de múons ao topo do ímã ALICE.

O gatilho de raios cósmicos ALICE é feito de 60 módulos cintiladores distribuídos nas 3 faces superiores da culatra magnética ALICE. A matriz pode ser configurada para disparar em eventos de múon único ou múltiplo, de coincidências de 2 vezes até a matriz inteira, se desejado. A alta luminosidade do ACORDE permite o registro de eventos cósmicos com uma multiplicidade muito alta de trilhas de múons paralelas, os chamados feixes de múons.

Com o ACORDE, o Experimento ALICE foi capaz de detectar feixes de múons com a maior multiplicidade já registrada, bem como medir indiretamente os raios cósmicos primários de energia muito alta.

Aquisição de dados

ALICE teve que projetar um sistema de aquisição de dados que opera de forma eficiente em dois modos de execução amplamente diferentes: os eventos muito frequentes, mas pequenos, com poucas partículas produzidas encontradas durante as colisões próton-próton e os eventos relativamente raros, mas extremamente grandes, com dezenas de milhares de novas partículas produzidas em colisões chumbo-chumbo no LHC (L = 10 27 cm −2 s −1 em Pb-Pb com cruzamentos de feixe de 100 ns e L = 10 30 -10 31 cm −2 s −1 em pp com 25 ns travessias de feixes).

O sistema de aquisição de dados ALICE precisa equilibrar sua capacidade de registrar o fluxo constante de eventos muito grandes resultantes de colisões centrais, com a capacidade de selecionar e registrar processos de seção transversal raros. Esses requisitos resultam em uma largura de banda agregada de construção de eventos de até 2,5 GByte / se uma capacidade de armazenamento de até 1,25 GByte / s, dando um total de mais de 1 PByte de dados a cada ano. Conforme mostrado na figura, ALICE precisa de uma capacidade de armazenamento de dados que excede em muito a atual geração de experimentos. Essa taxa de dados é equivalente a seis vezes o conteúdo da Encyclopædia Britannica a cada segundo.

O hardware do sistema ALICE DAQ é amplamente baseado em componentes básicos: PCs rodando Linux e switches Ethernet padrão para a rede de construção de eventos. Os desempenhos necessários são obtidos pela interconexão de centenas desses PCs em um grande tecido DAQ. O framework de software do ALICE DAQ é denominado DATE (ALICE Data Acquisition and Test Environment). DATE já está em uso hoje, durante a fase de construção e teste do experimento, evoluindo gradualmente em direção ao sistema de produção final. Além disso, AFFAIR (A Tecido Flexível e Gravador de Informações de Aplicativos) é o software de monitoramento de desempenho desenvolvido pelo projeto ALICE Data Acquisition. AFFAIR é amplamente baseado em código-fonte aberto e é composto dos seguintes componentes: coleta de dados, comunicação entre nós empregando DIM, armazenamento de banco de dados round robin rápido e temporário e armazenamento permanente e geração de plotagem usando ROOT.

Finalmente. o experimento ALICE Mass Storage System (MSS) combina uma largura de banda muito alta (1,25 GByte / s) e a cada ano armazena grandes quantidades de dados, mais de 1 Pbytes. O sistema de armazenamento massivo é composto por: a) Global Data Storage (GDS) realizando o armazenamento temporário dos dados na cava experimental; b) Armazenamento Permanente de Dados (PDS) para arquivamento de longo prazo de dados no CERN Computing Center e, finalmente, do software The Mass Storage System gerenciando a criação, o acesso e o arquivamento de dados.

Resultados

Eventos registrados pelo experimento ALICE nas primeiras colisões de íons de chumbo, em uma energia de centro de massa de 2,76 TeV por par de núcleos.

O programa de física de ALICE inclui os seguintes tópicos principais: i) o estudo da termalização de partons no QGP com foco nos quarks massivos de beleza encantadora e a compreensão do comportamento desses quarks pesados ​​em relação ao meio stroungly acoplado do QGP, ii) o estudo dos mecanismos de perda de energia que ocorrem no meio e as dependências da perda de energia nas espécies de parton; iii) a dissociação dos estados de quarcônio que podem ser uma sonda de desconfinamento e da temperatura do meio e finalmente a produção de fótons térmicos e dileptons de baixa massa emitidos pelo QGP que visa avaliar a temperatura inicial e os graus de liberdade dos sistemas, bem como a natureza quiral da transição de fase.

A colaboração ALICE apresentou seus primeiros resultados de colisões de prótons do LHC em uma energia de centro de massa de 7 TeV em março de 2010. Os resultados confirmaram que a multiplicidade de partículas carregadas está aumentando com energia mais rápido do que o esperado, enquanto a forma da distribuição de multiplicidade é não reproduzido bem por simulações padrão. Os resultados foram baseados na análise de uma amostra de 300.000 colisões próton-próton que o experimento ALICE coletou durante as primeiras execuções do LHC com feixes estáveis ​​em uma energia de centro de massa, √s, de 7 TeV,

Em 2011, a Colaboração ALICE mediu o tamanho do sistema criado em colisões de Pb-Pb em uma energia de centro de massa de 2,76 TeV por par de núcleos. ALICE confirmou que a matéria QCD criada em colisões de Pb-Pb se comporta como um fluido, com fortes movimentos coletivos que são bem descritos por equações hidrodinâmicas. A bola de fogo formada em colisões nucleares no LHC é mais quente, vive mais e se expande para um tamanho maior do que o meio que foi formado em colisões de íons pesados ​​no RHIC. As medições de multiplicidade pelo experimento ALICE mostram que o sistema inicialmente tem densidade de energia muito maior e é pelo menos 30% mais quente do que no RHIC, resultando em cerca do dobro da multiplicidade de partículas para cada par de núcleos em colisão (Aamodt et al. 2010a). Análises adicionais, em particular incluindo a dependência total desses observáveis ​​na centralidade, fornecerão mais insights sobre as propriedades do sistema - como velocidades iniciais, a equação de estado e a viscosidade do fluido - e restringirão fortemente a modelagem teórica de íons pesados colisões.

Um líquido perfeito no LHC

Colisões nucleares fora do centro, com um parâmetro de impacto finito, criam uma bola de fogo em forma de amêndoa fortemente assimétrica. No entanto, os experimentos não podem medir as dimensões espaciais da interação (exceto em casos especiais, por exemplo na produção de píons, consulte). Em vez disso, eles medem as distribuições de momento das partículas emitidas. Uma correlação entre a distribuição do momento azimutal medida das partículas emitidas pela bola de fogo em decomposição e a assimetria espacial inicial pode surgir apenas de múltiplas interações entre os constituintes da matéria criada; em outras palavras, ele nos fala sobre como a matéria flui, o que está relacionado com sua equação de estado e suas propriedades de transporte termodinâmico.

A distribuição azimutal medida de partículas no espaço de momento pode ser decomposta em coeficientes de Fourier. O segundo coeficiente de Fourier (v2), chamado de fluxo elíptico, é particularmente sensível ao atrito interno ou viscosidade do fluido, ou mais precisamente, η / s, a razão da viscosidade de cisalhamento (η) para entropia (s) do sistema . Para um bom fluido como a água, a razão η / s é pequena. Um líquido "espesso", como o mel, tem grandes valores de η / s.

Em colisões de íons pesados ​​no LHC, a colaboração ALICE descobriu que a matéria quente criada na colisão se comporta como um fluido com pouco atrito, com η / s próximo ao seu limite inferior (viscosidade quase zero). Com essas medições, o ALICE acaba de começar a explorar a dependência de η / s com a temperatura e antecipamos muito mais medições relacionadas ao fluxo em profundidade no LHC que restringirão ainda mais as características hidrodinâmicas do QGP.

Medindo a temperatura mais alta da Terra

Em agosto de 2012, os cientistas do ALICE anunciaram que seus experimentos produziram plasma quark-gluon com temperatura em torno de 5,5 trilhões de kelvins , a massa de temperatura mais alta alcançada em qualquer experimento físico até agora. Essa temperatura é cerca de 38% mais alta do que o recorde anterior de cerca de 4 trilhões de Kelvin, alcançado nos experimentos de 2010 no Laboratório Nacional de Brookhaven .

Os resultados do ALICE foram anunciados na conferência Quark Matter 2012 de 13 de agosto em Washington, DC O plasma quark-gluon produzido por esses experimentos se aproxima das condições no universo que existiam microssegundos após o Big Bang , antes da matéria coalescer em átomos .

Perda de energia

Um processo básico em QCD é a perda de energia de um parton rápido em um meio composto de cargas coloridas. Este fenômeno, "jet quenching", é especialmente útil no estudo do QGP, usando os produtos de ocorrência natural (jatos) do espalhamento rígido de quarks e glúons dos núcleos de entrada. Um parton altamente energético (uma carga colorida) analisa o meio colorido de forma semelhante a um raio-X examina a matéria comum. A produção dessas sondas partônicas em colisões hadrônicas é bem compreendida na QCD perturbativa. A teoria também mostra que um parton atravessando o meio perderá uma fração de sua energia ao emitir muitos glúons moles (de baixa energia). A quantidade de energia irradiada é proporcional à densidade do meio e ao quadrado do comprimento do caminho percorrido pelo parton no meio. A teoria também prevê que a perda de energia depende do sabor do parton.

A extinção do jato foi observada pela primeira vez no RHIC medindo os rendimentos de hádrons com alto momento transversal. Essas partículas são produzidas por meio da fragmentação de partons energéticos. Os rendimentos dessas partículas de alto pT em colisões núcleo-núcleo central foram encontrados para ser um fator de cinco menor do que o esperado a partir das medições em reações próton-próton. ALICE publicou recentemente a medição de partículas carregadas em colisões centrais de íons pesados ​​no LHC. Como no RHIC, a produção de hádrons de alto pT no LHC é fortemente suprimida. No entanto, as observações no LHC mostram características qualitativamente novas. A observação do ALICE é consistente com os relatórios das colaborações ATLAS e CMS sobre evidências diretas de perda de energia de parton em colisões de íons pesados ​​usando jatos back-to-back totalmente reconstruídos de partículas associadas a espalhamento de partons duros. Os dois últimos experimentos mostraram um forte desequilíbrio de energia entre o jato e seu parceiro de recuo (G Aad et al. 2010 e colaboração CMS 2011). Acredita-se que esse desequilíbrio ocorra porque um dos jatos atravessou a matéria quente e densa, transferindo uma fração substancial de sua energia para o meio de uma forma que não é recuperada pela reconstrução dos jatos.

Estudando a produção de quarcônio

Quarkonia são estados limitados de quarks de sabor pesado (encanto ou fundo) e seus antiquarks. Dois tipos de quarkonia foram amplamente estudados: charmonia, que consiste em um quark charme e um anti-charme, e a bottomonia feita de um quark bottom e um anti-bottom. Quarks charme e anticharme na presença do plasma Quark Gluon, no qual há muitas cargas coloridas livres, não são mais capazes de se verem e, portanto, não podem formar estados vinculados. O "derretimento" da quarkonia no QGP se manifesta na supressão dos rendimentos do quarkonium em comparação com a produção sem a presença do QGP. A busca por supressão de quarkonia como uma assinatura QGP começou há 25 anos. Os primeiros resultados de ALICE para hádrons charme em colisões de PbPb em uma energia de centro de massa √sNN = 2,76 TeV indicam uma forte perda de energia média para quarks charme e estranhos que é uma indicação da formação do meio quente de QGP.

À medida que a temperatura aumenta, o mesmo ocorre com a triagem de cores, resultando em maior supressão dos estados de quarcônio, pois é mais difícil para o encanto - anticharme ou fundo - antibottom formar novos estados ligados. Em temperaturas muito altas, não se espera que nenhum estado de quarcônio sobreviva; eles derretem no QGP. A supressão sequencial de quarkônio é, portanto, considerada como um termômetro QGP, já que estados com massas diferentes têm tamanhos diferentes e devem ser rastreados e dissociados em temperaturas diferentes. No entanto - à medida que a energia de colisão aumenta - também aumenta o número de quarks charme anticharme que podem formar estados vinculados, e um mecanismo de equilíbrio de recombinação de quarkonia pode aparecer à medida que avançamos para energias mais altas.

Os resultados da primeira execução do ALICE são bastante impressionantes, quando comparados com as observações de energias mais baixas. Embora uma supressão semelhante seja observada nas energias do LHC para colisões periféricas, ao se mover em direção a mais colisões frontais - conforme quantificado pelo número crescente de núcleos nos núcleos principais que participam da interação - a supressão não aumenta mais. Portanto, apesar das temperaturas mais altas atingidas nas colisões nucleares no LHC, mais mésons J / ψ são detectados pelo experimento ALICE em Pb – Pb em relação a p – p. É provável que tal efeito esteja relacionado a um processo de regeneração que ocorre no limite de temperatura entre o QGP e um gás quente de hádrons.

A supressão dos estados de carvão também foi observada em colisões próton-chumbo no LHC, nas quais o plasma Quark Gluon não é formado. Isso sugere que a supressão observada em colisões próton-núcleo (pA) é devido aos efeitos da matéria nuclear fria. Compreender a riqueza dos resultados experimentais requer a compreensão da modificação média da quarkonia e o desemaranhamento dos efeitos da matéria quente e fria. Hoje há uma grande quantidade de dados disponíveis do RHIC e do LHC sobre a supressão de charmonium e bottomonium e ALICE tenta distinguir entre os efeitos devido à formação do QGP e aqueles dos efeitos da matéria nuclear fria.

Estrutura de crista dupla em colisões p-Pb

ALICE registra as primeiras colisões próton-chumbo no LHC

A análise dos dados das colisões de p-Pb no LHC revelou uma estrutura de crista dupla completamente inesperada com origem até agora desconhecida. As colisões próton-chumbo (pPb) em 2013, dois anos depois de suas colisões de íons pesados ​​abriram um novo capítulo na exploração das propriedades do estado desconfinado e quiralmente simétrico do QGP. Uma correlação surpreendente de lado próximo e de longo alcance (alongada em pseudo-rapidez), formando uma estrutura semelhante a uma crista observada em colisões pp de alta multiplicidade, também foi encontrada em colisões de pPb de alta multiplicidade, mas com uma amplitude muito maior (). No entanto, a maior surpresa veio da observação de que esta crista do lado próximo é acompanhada por uma crista do lado oposto essencialmente simétrico, oposta em azimute (CERN Courier março 2013 p6). Esta crista dupla foi revelada depois que as correlações de curto alcance decorrentes da fragmentação do jato e decaimentos de ressonância foram suprimidas subtraindo a distribuição de correlação medida para eventos de baixa multiplicidade daquela para eventos de alta multiplicidade.

Estruturas de longo alcance semelhantes em colisões de íons pesados ​​foram atribuídas ao fluxo coletivo de partículas emitidas por um sistema termalizado passando por uma expansão hidrodinâmica coletiva. Esta anisotropia pode ser caracterizada por meio dos coeficientes vn (n = 2, 3, ...) de uma decomposição de Fourier da distribuição azimutal de partícula única. Para testar a possível presença de fenômenos coletivos ainda mais, a colaboração ALICE estendeu a análise de correlação de duas partículas para partículas identificadas, verificando uma ordem de massa potencial dos coeficientes harmônicos v2. Tal ordenamento em massa foi observado em colisões de íons pesados, onde foi interpretado como surgindo de um impulso radial comum - o chamado fluxo radial - acoplado à anisotropia no espaço de momento. Continuando as surpresas, uma ordenação de massa de partícula clara, semelhante à observada em colisões PbPb centro-centrais (CERN Courier, setembro de 2013), foi medida em colisões de pPb de alta multiplicidade.

A surpresa final, até agora, vem dos estados de charmonium. Enquanto a produção de J / ψ não revela nenhum comportamento inesperado, a produção do estado mais pesado e menos ligado (2S) indica uma forte supressão (0,5–0,7) em relação a J / ψ, quando comparada com colisões pp. Isso é uma sugestão dos efeitos do meio? De fato, em colisões de íons pesados, tal supressão foi interpretada como uma fusão sequencial de estados de quarkonia, dependendo de sua energia de ligação e da temperatura do QGP criado nessas colisões.

Na primeira campanha de medição de pPb, os resultados esperados foram amplamente acompanhados por observações imprevistas. Entre os resultados esperados está a confirmação de que as colisões próton-núcleo fornecem uma ferramenta apropriada para estudar a estrutura partônica da matéria nuclear fria em detalhes. As surpresas vieram da similaridade de vários observáveis ​​entre colisões de pPb e PbPb, que sugerem a existência de fenômenos coletivos em colisões de pPb com alta multiplicidade de partículas e, eventualmente, a formação de QGP.

Upgrades e planos futuros

Long Shutdown 1

A principal atividade de atualização do ALICE durante o Long Shutdown 1 do LHC foi a instalação do calorímetro dijet (DCAL), uma extensão do sistema EMCAL existente que adiciona 60 ° de aceitação azimutal em oposição aos 120 ° existentes de aceitação do EMCAL. Este novo subdetetor será instalado na parte inferior do ímã solenóide, que atualmente abriga três módulos do espectrômetro de fótons (PHOS). Além disso, um sistema ferroviário totalmente novo e berço serão instalados para suportar os três módulos PHOS e oito módulos DCAL, que juntos pesam mais de 100 tons. Seguir-se-á a instalação de cinco módulos do TRD e assim completar este complexo sistema detector, que consiste em 18 unidades,

Além dessas atividades de detectores convencionais, todos os 18 subdetectores ALICE passaram por grandes melhorias durante o LS1, enquanto os computadores e discos dos sistemas online são substituídos, seguidos por atualizações dos sistemas operacionais e software online.

Todos esses esforços são para garantir que ALICE esteja em boa forma para o período de execução do LHC de três anos após LS1, quando a colaboração espera colisões de íons pesados ​​na energia superior do LHC de 5,5 TeV / nucleon em luminosidades superiores a 1027 Hz / cm 2 .

Desligamento prolongado 2 (2018)

A colaboração ALICE tem planos para uma grande atualização durante o próximo desligamento longo, LS2, atualmente agendado para 2018. Então, todo o rastreador de silício será substituído por um sistema rastreador de pixel monolítico construído com chips ALPIDE; a câmara de projeção do tempo será atualizada com detectores multiplicadores de elétrons gasosos (GEM) para leitura contínua e uso de novos microeletrônicos; e todos os outros subdetectores e os sistemas online se prepararão para um aumento de 100 vezes no número de eventos gravados em fita.

Referências

links externos