эксперимент АЛИСА

АЛИСА, эксперимент на большом ионном коллайдере

Общий вид детектора ALICE
Формирование	Письмо о намерениях представлено в июле 1993 г.
Штаб-квартира	Женева , Швейцария
Список представителей ALICE	Марко ван Леувен Лучано Муса Федерико Антинори Паоло Джубеллино Юрген Шукрафт
Веб-сайт	https://alice.cern/

Большой адронный коллайдер
(БАК)

План экспериментов БАК и преускорителей.
эксперименты на БАК
АТЛАС	Тороидальный аппарат БАК
система управления контентом	Компактный мюонный соленоид
LHCb	БАК-красота
АЛИСА	Эксперимент на большом ионном коллайдере
ТОТЕМ	Полное сечение, упругое рассеяние и дифракционная диссоциация
БАКф	LHC-вперед
МОЭДАЛ	Монополь и детектор экзотики на БАКе
ФАЗЫ	эксперимент с прямым поиском
СНД	Детектор рассеяния и нейтрино
Преускорители БАК
р и Pb	Линейные ускорители протонов свинца (Linac 4) и ( Linac 3)
(не отмечено)	Протонный синхротронный ускоритель
ПС	Протонный синхротрон
СПС	Суперпротонный синхротрон

ALICE ( Эксперимент на Большом Ионном Коллайдере ) — один из девяти детекторных экспериментов на Большом Адронном Коллайдере в ЦЕРНе . Целью проекта является изучение условий, подобных тем, которые существовали бы сразу после Большого взрыва , путем измерения свойств кварк-глюонной плазмы .

Введение

Компьютер создал разрез ALICE, показывающий 18 детекторов эксперимента.

ALICE предназначен для изучения высокоэнергетических столкновений между свинца ядрами . могли бы быть обнаружены через доли секунды после Большого взрыва при образовании кварк-глюонной плазмы — состояния материи, в котором кварки и глюоны несвязаны Эти столкновения имитируют экстремальную температуру и плотность энергии, которые .

Понимание деконфайнмента кварков и свойств кварк-глюонной плазмы является ключевым вопросом квантовой хромодинамики (КХД) и физики сильно взаимодействующей материи. Результаты, полученные с помощью ALICE, поддерживают понимание взаимодействий между элементарными частицами и таких сложных явлений, как ограничение цвета и киральной симметрии восстановление . Ожидается, что воссоздание кварк-глюонной плазмы и понимание ее эволюции прольют свет на то, как организована материя, механизмы, удерживающие кварки и глюоны, а также природу сильного ядерного взаимодействия и его роль в создании основной массы обычной материи. .

Квантовая хромодинамика (КХД) предсказывает, что при достаточно высоких плотностях энергии фазовый переход произойдет с обычной адронной материей , где кварки заключены внутри ядерных частиц, с переходом в кварк-глюонную плазму, где их нет. Считается, что обратный этот переход произошел, когда Вселенная существовала примерно в одну микросекунду (10 ⁻⁶ секунд) старый и все еще может встречаться в центрах коллапсирующих нейтронных звезд и других астрофизических объектов.

История

Идея создания специального детектора тяжелых ионов для БАК впервые обсуждалась на встрече «На пути к экспериментальной программе БАК», проходившей в Эвиане, Франция, в марте 1992 года. Встреча в конечном итоге привела к созданию нескольких программ БАК, включая ATLAS и CMS . После Эвиана было сформировано сотрудничество ALICE, которое в 1993 году представило письмо о намерениях .

ALICE был впервые предложен в качестве центрального детектора в 1993 году, а затем дополнен дополнительным передним мюонным спектрометром, разработанным в 1995 году. В 1997 году Комитет LHC разрешил ALICE приступить к окончательному проектированию и строительству.

Первые десять лет были потрачены на проектирование и обширные исследования и разработки (НИОКР). Как и в случае с другими экспериментами на БАКе, проблемы физики тяжелых ионов на БАК потребовали усовершенствований, выходящих за рамки существующих технологий. В некоторых случаях для реализации первоначальных замыслов проекта потребуется технологический прорыв. Хорошо организованные исследования и разработки, продолжавшиеся на протяжении большей части 1990-х годов, привели к значительному прогрессу в области детекторов, электроники и вычислительной техники .

Детектор должен был быть универсальным, способным измерять широкий диапазон сигналов, с возможностью добавления и модификации по мере появления новых направлений исследований. Для решения этих проблем ALICE включила поддержку ряда наблюдаемых объектов , которые изначально не требовались. За прошедшие годы были добавлены различные основные системы обнаружения, включая мюонный спектрометр в 1995 году, детекторы переходного излучения в 1999 году и большой струйный калориметр в 2007 году.

В 2010 году ALICE зафиксировала данные о первых столкновениях свинцов с свинцами на БАКе. Наборы данных, полученные в периоды тяжелых ионов в 2010 и 2011 годах, а также данные о протонах и свинцах за 2013 год дали представление о физике кварк-глюонной плазмы.

В 2014 году детектор ALICE прошел масштабную программу консолидации и модернизации во время длительного закрытия ускорительного комплекса ЦЕРН. Был установлен новый субдетектор — диструйный калориметр (ДКАЛ). Все 18 существующих субдетекторов были модернизированы, а инфраструктура, включая электрические системы и системы охлаждения, подверглась капитальному ремонту.

В 2022 году ALICE получила дополнительные субдетекторы, в том числе новую внутреннюю систему слежения , мюонный прямой трекер и триггер быстрого взаимодействия.

По состоянию на 2024 год Коллаборация ALICE насчитывает более 1900 членов из 174 институтов в 39 странах. Настоящий детектор весит около 10 000 тонн, имеет длину 26 м, высоту 16 м и ширину 16 м. [1]

Столкновения тяжелых ионов на БАКе

Поиски кварк-глюонной плазмы и более глубокое понимание КХД начались в ЦЕРН и Брукхейвене с более легких ионов в 1980-х годах. Сегодняшняя программа в этих лабораториях перешла к ультрарелятивистским столкновениям тяжелых ионов и только достигает энергетического порога, при котором ожидается фазовый переход. БАК с энергией центра масс около 5,5 ТэВ/нуклон позволит еще больше расширить энергетический охват.

Во время лобовых столкновений ионов свинца на БАК сотни протонов и нейтронов сталкиваются при энергиях более нескольких ТэВ . Ионы свинца ускоряются до более чем 99,9999% скорости света. Столкновения на БАКе в 100 раз более энергичны, чем столкновения протонов — вещество в точке взаимодействия нагревается до температуры, почти в 100 000 раз превышающей температуру в ядре Солнца.

Когда два ядра свинца сталкиваются, материя претерпевает переход, на короткое время образуя каплю кварк-глюонной плазмы , которая, как полагают, заполнила Вселенную через несколько микросекунд после Большого взрыва.

Кварк -глюонная плазма образуется, когда протоны и нейтроны «расплавляются» на свои элементарные составляющие, кварки и глюоны становятся асимптотически свободными. Капля КГП мгновенно остывает, а отдельные кварки и глюоны (совместно называемые партонами ) рекомбинируются в смесь обычной материи, которая разлетается во всех направлениях. Обломки содержат такие частицы, как пионы и каоны , которые состоят из кварка и антикварка ; протоны и нейтроны , состоящие из трёх кварков; и многочисленные антипротоны и антинейтроны , которые могут объединяться, образуя ядра антиатомов , таких тяжелых, как гелий . Многое можно узнать, изучая распределение и энергию этих обломков.

Первые столкновения свинца с свинцом

Одно из первых столкновений ионов свинца на БАКе, зафиксированное детектором ALICE.

Большой адронный коллайдер уничтожил свои первые ионы свинца в 2010 году, 7 ноября, около 12:30 по центральноевропейскому времени.

Первые столкновения в центре детекторов ALICE, ATLAS и CMS произошли менее чем через 72 часа после того, как БАК завершил свой первый пробег протонов и переключился на ускоряющие пучки ионов свинца. Каждое ядро ​​свинца содержит 82 протона, а БАК ускоряет каждый протон до энергии 3,5 ТэВ, в результате чего получается энергия 287 ТэВ на луч, или общая энергия столкновения 574 ТэВ.

При каждом столкновении испускалось до 3000 заряженных частиц, которые показаны здесь в виде линий, исходящих из точки столкновения. Цвета линий показывают, сколько энергии унесла каждая частица от столкновения.

Столкновения протона и свинца на БАКе

Столкновение протона и иона свинца зарегистрировано в ходе эксперимента ALICE 13 сентября 2012 года при энергии центра масс на сталкивающуюся пару нуклон-нуклон 5,02 ТэВ.

В 2013 году БАК столкнулся с протонами с ионами свинца, что стало первым физическим лучом БАК в 2013 году. Эксперимент проводился с использованием встречно вращающихся пучков протонов и свинца ионов и начинался с центрированных орбит с разной частотой вращения, а затем по отдельности увеличивался до максимальной энергии столкновения ускорителя.

Первый запуск свинцовых протонов на БАК длился один месяц, и данные помогли физикам ALICE отделить эффекты плазмы от эффектов, возникающих в результате эффектов холодной ядерной материи, и пролить больше света на изучение кварк-глюонной плазмы.

В случае столкновений свинец-свинец конфигурации кварков и глюонов, составляющих протоны и нейтроны влетающего ядра свинца, могут несколько отличаться от конфигураций влетающих протонов. Чтобы изучить, обусловлена ​​ли часть эффектов, наблюдаемых при сравнении столкновений свинец-свинец и протон-протон, этой разницей в конфигурации, а не образованием плазмы. Столкновения протонов и свинцов являются идеальным инструментом для этого исследования.

Детекторы ALICE

Ключевым соображением при проектировании ALICE является способность изучать КХД и (де)конфайнмент кварков в этих экстремальных условиях. Это достигается за счет использования частиц, образующихся внутри горячего объема по мере его расширения и охлаждения, которые живут достаточно долго, чтобы достичь чувствительных детекторных слоев, расположенных вокруг области взаимодействия. Физическая программа ALICE опирается на возможность идентифицировать их все, т.е. определить, являются ли они электронами , фотонами , пионами и т. д., и определить их заряд. Это предполагает максимальное использование (иногда слегка) различных способов взаимодействия частиц с материей.

В «традиционном» эксперименте частицы идентифицируются или, по крайней мере, относятся к семействам (заряженные или нейтральные адроны ) по характерным сигнатурам, которые они оставляют в детекторе. Эксперимент разделен на несколько основных компонентов, и каждый компонент проверяет определенный набор свойств частиц. Эти компоненты уложены слоями, и частицы последовательно проходят через слои от точки столкновения наружу: сначала система слежения, затем электромагнитный (ЭМ) и адронный калориметр и, наконец, мюонная система. Детекторы помещены в магнитное поле , чтобы искривлять следы заряженных частиц для определения импульса и заряда . Этот метод идентификации частиц хорошо работает только для определенных частиц и используется, например, в крупных LHC экспериментах ATLAS и CMS . Однако этот метод не подходит для идентификации адронов, поскольку не позволяет различать адроны с разными зарядами, образующиеся в столкновениях Pb-Pb.

Для идентификации всех частиц, выходящих из системы QGP, ALICE использует набор из 18 детекторов. которые дают информацию о массе, скорости и электрическом знаке частиц.

Отслеживание ствола

Ансамбль цилиндрических бочковых детекторов, окружающих номинальную точку взаимодействия, используется для отслеживания всех частиц, вылетающих из горячей плотной среды. Внутренняя система слежения (ITS) (состоящая из трех слоев детекторов: кремниевого пиксельного детектора (SPD), кремниевого дрейфового детектора (SDD), кремниевого полоскового детектора (SSD)), камеры временной проекции (TPC) и детектора переходного излучения ( TRD) измеряют во многих точках прохождение каждой частицы, несущей электрический заряд, и дают точную информацию о траектории частицы. Детекторы слежения за стволом ALICE встроены в магнитное поле силой 0,5 Тесла, создаваемое огромным магнитным соленоидом, изгибающим траектории частиц. По кривизне дорожек можно определить их импульс. ITS настолько точен, что частицы, которые образуются в результате распада других частиц с длительным временем жизни (около 0,1 мм до распада), можно идентифицировать, если увидеть, что они происходят не из точки, где произошло взаимодействие (т.е. " « вершина события»), а скорее из точки, находящейся на расстоянии всего лишь десятой доли миллиметра. Это позволяет нам измерять, например, нижние кварки, которые распадаются на относительно долгоживущий B-мезон посредством «топологического» порезы.

Внутренняя система слежения

Установка внутренней системы слежения ALICE

Короткоживущие тяжелые частицы перед распадом преодолевают очень небольшое расстояние. Целью этой системы является выявление явлений распада путем измерения места, где он происходит, с точностью до десятой доли миллиметра.

Внутренняя система слежения (ITS) состоит из шести цилиндрических слоев кремниевых детекторов . Слои окружают точку столкновения и измеряют свойства частиц, возникающих в результате столкновений, определяя положение их прохождения с точностью до долей миллиметра. С помощью ITS можно идентифицировать частицы, содержащие тяжелые кварки (очарование и красота), реконструировав координаты их распада.

Слои ИТС (считая от точки взаимодействия):

• 2 слоя SPD ( кремниевый пиксельный детектор ),
• 2 слоя SDD ( кремниевый дрейфовый детектор ),
• 2 слоя SSD (кремниевый полосовой детектор).

ITS была включена в основу эксперимента ALICE в марте 2007 года после большого этапа исследований и разработок. Используя минимальное количество самого легкого материала, ITS удалось сделать максимально легким и хрупким. Почти 5 м. ² двусторонних кремниевых полосковых детекторов и более 1 м ² Среди кремниевых дрейфовых детекторов это крупнейшая система, использующая оба типа кремниевых детекторов.

ALICE недавно представила планы по обновлению внутренней системы слежения, в основном основанные на создании нового кремниевого трекера со значительно улучшенными функциями с точки зрения определения параметра воздействия (d0) на основную вершину, эффективности отслеживания при низком pT и скорости считывания. Модернизированная ITS откроет новые каналы в изучении кварк-глюонной плазмы, образующейся на БАК, необходимые для понимания динамики этой конденсированной фазы КХД.

Это позволит изучить процесс термализации тяжелых кварков в среде путем измерения очарования тяжелых ароматов и барионов распространить эти измерения до очень низких значений p _T. красоты и впервые Это также даст лучшее понимание зависимости потерь энергии в среде от массы кварков и предоставит уникальную возможность измерения красоты кварков, а также улучшит реконструкцию вершин распада красоты. Наконец, обновленная ITS даст нам возможность охарактеризовать тепловое излучение, исходящее от КГП , и модификацию адронных спектральных функций в среде, связанную с восстановлением киральной симметрии .

Проект модернизации требует от наших исследователей и сотрудников по всему миру масштабных исследований и разработок в области передовых технологий: кремниевых датчиков, маломощной электроники, технологий межсоединения и упаковки, сверхлегких механических конструкций и охлаждающих устройств.

Камера проекции времени

ALICE Камера проекции времени , используемая для отслеживания и идентификации частиц.

(TPC) ALICE Камера проекции времени представляет собой большой объем, заполненный газом в качестве среды обнаружения, и является основным устройством отслеживания частиц в ALICE.

Заряженные частицы, пересекающие газ TPC, ионизируют атомы газа на своем пути, высвобождая электроны, которые дрейфуют к торцевым пластинам детектора. Характеристики процесса ионизации, вызванного прохождением быстрых заряженных частиц через среду, могут быть использованы для идентификации частиц. Зависимость силы ионизации от скорости связана с известной формулой Бете-Блоха , которая описывает среднюю потерю энергии заряженных частиц за счет неупругих кулоновских столкновений с атомными электронами среды.

Многопроводные пропорциональные счетчики или полупроводниковые счетчики часто используются в качестве средств обнаружения, поскольку они выдают сигналы с высотой импульса, пропорциональной силе ионизации. Лавинный эффект в районе анодных проводов, натянутых в считывающих камерах, дает необходимое усиление сигнала. Положительные ионы, образующиеся в лавине, индуцируют положительный токовый сигнал на плоскости контактной площадки. Считывание осуществляется 557 568 контактными площадками, образующими катодную плоскость многопроволочных пропорциональных камер ( МППК ), расположенных на торцевых пластинах. Это дает радиальное расстояние до луча и азимут. Последняя координата z вдоль направления луча определяется временем дрейфа. Поскольку флуктуации потерь энергии могут быть значительными, обычно вдоль трека частицы выполняется множество измерений высоты импульса, чтобы оптимизировать разрешение измерения ионизации.

Почти весь объем ТПК чувствителен к проходящим заряженным частицам, но имеет минимальный материальный запас. Простое распознавание образов (непрерывные треки) делает TPC идеальным выбором для сред с высокой множественностью, например, при столкновениях тяжелых ионов, где необходимо одновременно отслеживать тысячи частиц. Внутри ALICE TPC сила ионизации всех треков измеряется до 159 раз, в результате чего разрешение измерения ионизации достигает 5%.

Детектор переходного излучения

Завершенный детектор ALICE, показывающий восемнадцать модулей TRD (трапециевидные призмы, расположенные радиально).

Электроны и позитроны можно отличить от других заряженных частиц с помощью переходного излучения — рентгеновских лучей , испускаемых, когда частицы пересекают множество слоев тонких материалов.

Идентификация электронов и позитронов достигается с помощью детектора переходного излучения (ТРД). Подобно мюонному спектрометру, эта система позволяет проводить детальные исследования образования вектор-мезонных резонансов, но с расширенным охватом вплоть до легкого вектор-мезона ρ и в другой области быстрот. При энергии ниже 1 ГэВ/c электроны можно идентифицировать с помощью комбинации измерений детектора идентификации частиц (PID) в TPC и времени пролета (TOF). В диапазоне импульсов 1–10 ГэВ/c можно использовать тот факт, что электроны могут создавать TR при прохождении через специальный «радиатор». Внутри такого излучателя быстрые заряженные частицы пересекают границы между материалами с различной диэлектрической проницаемостью, что может привести к излучению ТР-фотонов с энергиями в рентгеновском диапазоне. Эффект крошечный, и излучатель должен обеспечить многие сотни материальных границ, чтобы достичь достаточно высокой вероятности создания хотя бы одного фотона. В ALICE TRD фотоны TR обнаруживаются сразу за излучателем с помощью MWPC, заполненных газовой смесью на основе ксенона, где они передают свою энергию поверх сигналов ионизации от трека частицы.

ALICE TRD был разработан для получения быстрого триггера для заряженных частиц с высоким импульсом и может значительно улучшить зарегистрированные выходы векторных мезонов. Для этого прямо на детекторе установлены 250 000 процессоров, которые максимально быстро идентифицируют кандидатов на высокомимпульсные треки и анализируют связанное с ними энерговыделение (пока сигналы еще создаются в детекторе). Эта информация отправляется в глобальный блок слежения, который объединяет всю информацию для поиска пар электрон-позитронных треков всего за 6 мкс.

Для разработки такого детектора переходного излучения (TRD) для ALICE многие прототипы детекторов были протестированы в смешанных пучках пионов и электронов.

Идентификация частиц с помощью ALICE

АЛИСА также хочет знать личность каждой частицы, будь то электрон, протон, каон или пион.

Заряженные адроны (фактически все стабильные заряженные частицы) однозначно идентифицируются, если определены их масса и заряд. Массу можно определить из измерений импульса и скорости. Импульс и знак заряда получаются путем измерения кривизны трека частицы в магнитном поле. Для определения скорости частицы существуют четыре метода, основанные на измерениях времени пролета и ионизации, а также на регистрации переходного и черенковского излучений. Каждый из этих методов хорошо работает в разных диапазонах импульсов или для конкретных типов частиц. В ALICE все эти методы можно комбинировать, например, для измерения спектров частиц.

В дополнение к информации, предоставляемой ITS и TPC, необходимы более специализированные детекторы: TOF измеряет с точностью лучше одной десятой миллиардной секунды время, которое требуется каждой частице, чтобы пройти от вершины до ее достижения. так что можно измерить его скорость. Детектор идентификации частиц с высоким импульсом (HMPID) измеряет слабые световые узоры, генерируемые быстрыми частицами, а TRD измеряет специальное излучение, которое очень быстрые частицы испускают при пересечении различных материалов, что позволяет идентифицировать электроны. Мюоны измеряются, используя тот факт, что они проникают в материю легче, чем большинство других частиц: в передней части очень толстый и сложный поглотитель останавливает все другие частицы, и мюоны измеряются специальным набором детекторов: мюонным спектрометром.

Время полета

Заряженные частицы идентифицируются в ALICE по времени пролета (TOF). Измерения TOF позволяют определить скорость заряженной частицы путем измерения времени полета на заданном расстоянии по траектории трека. Используя информацию отслеживания от других детекторов, идентифицируется каждый след, вызывающий срабатывание датчика. Если также известен импульс, на основе этих измерений можно определить массу частицы. Детектор ALICE TOF представляет собой детектор большой площади, основанный на многозазорных резистивных пластинчатых камерах (MRPC), которые покрывают цилиндрическую поверхность площадью 141 м. ² , с внутренним радиусом 3,7 метра (12 футов). На большой поверхности площадью 150 м имеется около 160 000 площадок MRPC с временным разрешением около 100 пс. ² .

MRPC представляют собой детекторы с параллельными пластинами, изготовленные из тонких листов стандартного оконного стекла для создания узких газовых зазоров с сильными электрическими полями. Эти пластины разделяются с помощью лески, чтобы обеспечить желаемое расстояние; Для достижения эффективности обнаружения, близкой к 100%, необходимо 10 газовых зазоров на каждый MRPC.

Простота конструкции позволяет построить большую систему с общим разрешением TOF 80 пс при относительно низких затратах (CERN Courier, ноябрь 2011 г., стр. 8). Такая производительность позволяет разделять каоны, пионы и протоны с импульсами до нескольких ГэВ/с. Объединение такого измерения с информацией ФИД от ALICE TPC оказалось полезным для улучшения разделения между различными типами частиц, как показано на рисунке 3 для определенного диапазона импульсов.

Детектор идентификации высокоскоростных частиц

Детектор HMPID перед окончательной установкой внутри магнита ALICE.

Детектор идентификации частиц с высоким импульсом (HMPID) — это детектор RICH, предназначенный для определения скорости частиц за пределами диапазона импульсов, доступного из-за потерь энергии (в ITS и TPC, p = 600 МэВ) и посредством времяпролетных измерений (в TOF, р = 1,2–1,4 ГэВ).

Черенковское излучение — это ударная волна, возникающая в результате движения заряженных частиц через материал со скоростью, превышающей скорость света в этом материале. Излучение распространяется под характерным углом к ​​треку частицы, который зависит от скорости частицы. Черенковские детекторы используют этот эффект и в целом состоят из двух основных элементов: излучателя, в котором создается черенковское излучение, и детектора фотонов. Детекторы кольцевой визуализации Черенкова (RICH) разрешают кольцеобразное изображение сфокусированного черенковского излучения, что позволяет измерить угол Черенкова и, следовательно, скорость частицы. Этого, в свою очередь, достаточно для определения массы заряженной частицы.

Если используется плотная среда (большой показатель преломления), то для излучения достаточного количества черенковских фотонов требуется лишь тонкий слой излучателя порядка нескольких сантиметров. Детектор фотонов затем располагается на некотором расстоянии (обычно около 10 см) за излучателем, позволяя конусу света расширяться и формировать характерное кольцеобразное изображение. Такой RICH с близкой фокусировкой установлен в эксперименте ALICE.

Диапазон импульсов ALICE HMPID составляет до 3 ГэВ для дискриминации пионов и каонов и до 5 ГэВ для дискриминации каонов и протонов . Это самый большой в мире детектор йодида цезия RICH с активной площадью 11 м2. ² . Прототип был успешно испытан в ЦЕРН в 1997 году и в настоящее время собирает данные на релятивистском коллайдере тяжелых ионов в Брукхейвенской национальной лаборатории в США.

Калориметры

Калориметры измеряют энергию частиц и определяют, обладают ли они электромагнитным или адронным взаимодействием. Идентификация частиц в калориметре является разрушительным измерением. Все частицы, кроме мюонов и нейтрино, отдают всю свою энергию в системе калориметра за счет образования электромагнитных или адронных ливней. Фотоны, электроны и позитроны отдают всю свою энергию в электромагнитном калориметре. Их ливни неразличимы, но фотон можно идентифицировать по отсутствию трека в системе слежения, связанного с ливнем.

Фотоны (частицы света), подобно свету, излучаемому горячим объектом, сообщают нам о температуре системы. Для их измерения необходимы специальные детекторы: кристаллы PHOS, плотные, как свинец, и прозрачные, как стекло, будут измерять их с фантастической точностью в ограниченной области, тогда как PMD и, в частности, EMCal будут измерять их в более широком диапазоне. очень обширная территория. EMCal также будет измерять группы близких частиц (называемых «джетами»), которые помнят ранние фазы события.

Фотонный спектрометр

Технология массового производства кристаллов PWO разработана в тесном сотрудничестве ЦЕРН, Апатитского завода и РНЦ «Курчатовский институт».

PHOS — электромагнитный калориметр высокого разрешения, установленный в ALICE. предоставить данные для проверки тепловых и динамических свойств начальной фазы столкновения. Это делается путем измерения фотонов, возникающих непосредственно в результате столкновения. PHOS охватывает ограниченную область приема с центральной скоростью. Он изготовлен из вольфрамата свинца . кристаллов аналогичные тем, которые используются CMS, считываются с помощью лавинных фотодиодов (APD).

Когда фотоны высокой энергии ударяются о вольфрамат свинца, они заставляют его светиться или мерцать, и это свечение можно измерить. Вольфрамат свинца чрезвычайно плотен (плотнее железа) и останавливает большинство достигающих его фотонов. Кристаллы поддерживаются при температуре 248 К, что помогает минимизировать ухудшение энергетического разрешения из-за шума и оптимизировать отклик для низких энергий.

Электромагнитный калориметр

EMCal представляет собой пробоотборный калориметр со свинцовым сцинтиллятором, состоящий из почти 13 000 отдельных башен, сгруппированных в десять супермодулей. Считывание данных с башен осуществляется по оптическим волокнам со сдвигом длины волны, имеющим геометрию шашлыка и соединенным с лавинным фотодиодом. Полный комплекс EMCal будет содержать 100 000 отдельных сцинтилляционных плиток и 185 километров оптического волокна общим весом около 100 тонн.

EMCal покрывает почти всю длину камеры временной проекции ALICE и центрального детектора, а треть ее азимута расположена вплотную к фотонному спектрометру ALICE — меньшему размеру, высокогранулярному свинцово-вольфраматному калориметру.

Супермодули вставляются в независимую опорную раму, расположенную внутри магнита ALICE, между счетчиками времени пролета и магнитной катушкой. Сама опорная рама представляет собой сложную конструкцию: она весит 20 тонн и должна выдерживать вес, в пять раз превышающий ее собственный, при этом максимальный прогиб между пустым состоянием и полной нагрузкой составляет всего пару сантиметров. Для установки восьмитонных супермодулей требуется система рельсов со сложным вставным устройством, соединяющим опорную конструкцию.

Электромагнитный калориметр (EM-Cal) значительно расширит возможности ALICE по измерению частиц с высоким импульсом. Это расширит возможности ALICE для изучения реактивных самолетов и других сложных процессов.

Детектор множественности фотонов

Детектор множественности фотонов (PMD) — это детектор ливня частиц, который измеряет множественность и пространственное распределение фотонов, образующихся в результате столкновений. В качестве первого слоя он использует вето-детектор для отсеивания заряженных частиц. Фотоны, с другой стороны, проходят через преобразователь, вызывая электромагнитный дождь во втором слое детектора, где они производят сильные сигналы на нескольких ячейках его чувствительного объема. С другой стороны, адроны обычно воздействуют только на одну клетку и производят сигнал, представляющий частицы с минимальной ионизацией.

Прямой детектор множественности

ALICE Детектор прямой множественности

Детектор прямой множественности (FMD) расширяет охват множественности заряженных частиц в передних областях, что дает ALICE самый широкий охват из четырех экспериментов LHC для этих измерений.

FMD состоит из 5 больших кремниевых дисков, каждый из которых содержит 10 240 отдельных детекторных каналов для измерения заряженных частиц, испускаемых под небольшими углами относительно луча. FMD обеспечивает независимое измерение ориентации столкновений в вертикальной плоскости, что может быть использовано вместе с измерениями с помощью бочкового детектора для исследования потока, струй и т. д.

Мюонный спектрометр

Прямой мюонный спектрометр ALICE исследует полный спектр тяжелых кваркониев (J/Ψ, Ψ', ϒ, ϒ', ϒ'') через их распад в канале µ+μ–. Состояния тяжелого кваркония являются важным инструментом для изучения ранней и горячей стадии столкновений тяжелых ионов. В частности, ожидается, что они будут чувствительны к образованию кварк-глюонной плазмы. В присутствии деконфайнментной среды (т.е. КГП) с достаточно высокой плотностью энергии состояния кваркония диссоциируются из-за цветового экранирования. Это приводит к подавлению темпов их добычи. При высокой энергии столкновения LHC можно изучать как состояния чармония (J/Ψ и Ψ'), так и состояния боттомония (ϒ, ϒ' и ϒ''). Спектрометр Dimuon оптимизирован для обнаружения резонансов тяжелых кварков.

Основные компоненты мюонного спектрометра ALICE: поглотитель для фильтрации фона, набор следящих камер до, внутри и после магнита и набор триггерных камер.

Мюоны можно идентифицировать с помощью только что описанного метода, используя тот факт, что они являются единственными заряженными частицами, способными почти беспрепятственно проходить через любой материал. Такое поведение связано с тем, что мюоны с импульсами ниже нескольких сотен ГэВ/с не страдают от радиационных потерь энергии и поэтому не производят электромагнитные ливни. Кроме того, поскольку они являются лептонами, они не подвержены сильным взаимодействиям с ядрами материала, через который проходят. Это поведение используется в мюонных спектрометрах в экспериментах по физике высоких энергий путем установки мюонных детекторов за калориметрическими системами или за толстыми поглощающими материалами. Все заряженные частицы, кроме мюонов, полностью останавливаются, создавая электромагнитные (и адронные) ливни.

Мюонный спектрометр в передней части ALICE имеет очень толстый и сложный передний поглотитель и дополнительный мюонный фильтр, состоящий из железной стенки толщиной 1,2 м. Кандидаты в мюоны, выбранные из треков, проходящих через эти поглотители, точно измеряются с помощью специального набора следящих детекторов. Пары мюонов используются для сбора спектра вектор-мезонных резонансов тяжелых кварков (J/Psi). Скорость их образования можно проанализировать как функцию поперечного импульса и централизации столкновения, чтобы исследовать диссоциацию из-за цветового экранирования. Приемлемость мюонного спектрометра ALICE охватывает интервал псевдобыстрот 2,5 ≤ η ≤ 4, и резонансы могут быть обнаружены вплоть до нулевого поперечного импульса.

Характеристика столкновения

Наконец, нам нужно знать, насколько мощным было столкновение: это делается путем измерения остатков сталкивающихся ядер в детекторах из материалов высокой плотности, расположенных примерно в 110 метрах по обе стороны от ALICE (ZDC), и путем измерений с помощью FMD. V0 и T0 количество частиц, образовавшихся при столкновении, и их пространственное распределение. T0 также с высокой точностью измеряет время, когда происходит событие.

Калориметр нулевой степени

Лицевая сторона калориметра ZN: Один из двух калориметров ZN во время сборки. Кварцевые волокна размещены в канавках 1936 года пластин из W-сплава.

ZDC представляют собой калориметры, которые обнаруживают энергию нуклонов-спектаторов, чтобы определить область перекрытия двух сталкивающихся ядер. Он состоит из четырех калориметров: двух для регистрации протонов (ZP) и двух для регистрации нейтронов (ZN). Они расположены на расстоянии 115 метров от точки взаимодействия с обеих сторон, точно по линии луча. ZN расположен под нулевым градусом относительно оси луча БАК, между двумя лучевыми трубами. Вот почему мы называем их калориметрами нулевой степени (ZDC). ZP расположен снаружи трубы выходящего пучка. Протоны-спектаторы отделяются от ионных пучков с помощью дипольного магнита D1.

ZDC представляют собой «калориметры спагетти», состоящие из стопки пластин из тяжелого металла с бороздками для размещения матрицы из кварцевых волокон. Принцип их действия основан на регистрации черенковского света, создаваемого заряженными частицами ливня в волокнах.

Детектор V0

V0 состоит из двух массивов сцинтилляционных счетчиков, установленных по обе стороны от точки взаимодействия ALICE и называемых V0-A и V0-C. Счетчик V0-C расположен перед поглотителем димюонного рукава и закрывает зону приема спектрометра, а счетчик V0-A будет расположен примерно в 3,5 м от вершины столкновения, на другой стороне.

Он используется для оценки центральности столкновения путем суммирования энергии, выделенной в двух дисках V0. Эта наблюдаемая величина напрямую зависит от количества первичных частиц, образовавшихся при столкновении, и, следовательно, от центральности.

V0 также используется в качестве эталона при сканировании Ван дер Меера, которое определяет размер и форму встречных лучей и, следовательно, светимость, полученную в эксперименте.

Детектор Т0

Массив черенковских счетчиков, используемый в детекторе ALICE T0.

ALICE T0 служит детектором запуска, триггера и яркости для ALICE. Точное время взаимодействия (START) служит эталонным сигналом для детектора времени пролета, который используется для идентификации частиц. T0 подает пять различных сигналов запуска в центральный процессор запуска. Важнейшей из них является вершина Т0, обеспечивающая быстрое и точное подтверждение местоположения первичной точки взаимодействия вдоль оси луча в заданных границах. Детектор также используется для онлайн-мониторинга освещенности, обеспечивая быструю обратную связь с командой ускорителя.

Детектор Т0 состоит из двух решеток черенковских счетчиков (Т0-С и Т0-А), расположенных на противоположных сторонах точки взаимодействия (ТВ). Каждая матрица имеет 12 цилиндрических счетчиков, оснащенных кварцевым излучателем и фотоумножителем.

Детектор космических лучей АЛИСА (АКОРД)

Пещера ALICE представляет собой идеальное место для обнаружения атмосферных мюонов высокой энергии, исходящих от потоков космических лучей. ACORDE обнаруживает потоки космических лучей, вызывая прибытие мюонов на верхнюю часть магнита ALICE.

Триггер космических лучей ALICE состоит из 60 сцинтилляционных модулей, расположенных на трех верхних гранях магнитного ярма ALICE. Массив можно настроить на запуск по событиям с одним или несколькими мюонами, от 2-кратных совпадений до всего массива, если это необходимо. Высокая светимость ACORDE позволяет регистрировать космические события с очень высокой множественностью параллельных мюонных треков, так называемых мюонных пучков.

С помощью ACORDE эксперимент ALICE смог обнаружить пучки мюонов с самой высокой когда-либо зарегистрированной множественностью, а также косвенно измерить первичные космические лучи очень высоких энергий.

Сбор данных

ALICE пришлось разработать систему сбора данных, которая эффективно работает в двух совершенно разных режимах работы: очень частые, но небольшие события, с небольшим количеством образующихся частиц во время протон-протонных столкновений, и относительно редкие, но чрезвычайно крупные события, с десятками тысяч новые частицы, образовавшиеся в результате столкновений свинца и свинца на БАК (L = 10 ²⁷ см ⁻² с ⁻¹ в Pb-Pb с пересечениями сгустков 100 нс и L = 10 ³⁰ -10 ³¹ см ⁻² с ⁻¹ в pp с пересечениями сгустков 25 нс).

Система сбора данных ALICE должна сбалансировать свою способность регистрировать постоянный поток очень крупных событий, возникающих в результате центральных столкновений, с возможностью выбирать и записывать редкие поперечные процессы. Эти требования приводят к тому, что совокупная пропускная способность построения событий достигает 2,5 ГБ/с и емкость хранилища до 1,25 ГБ/с, что дает в общей сложности более 1 Пбайт данных в год. Как показано на рисунке, ALICE нуждается в емкости хранения данных, которая намного превышает емкость экспериментов текущего поколения. Эта скорость передачи данных в шесть раз превышает содержимое Британской энциклопедии каждую секунду.

Аппаратное обеспечение системы сбора данных ALICE во многом основан на стандартных компонентах: ПК под управлением Linux и стандартных коммутаторах Ethernet для сети организации мероприятий. Требуемые характеристики достигаются за счет объединения сотен этих ПК в большую структуру сбора данных. Программная среда ALICE DAQ называется DATE (ALICE Data Acquisition and Test Environment). DATE уже используется сегодня, на этапе строительства и испытаний эксперимента, постепенно развиваясь к окончательной производственной системе. Кроме того, AFFAIR (гибкий регистратор информации о фабрике и приложениях) — это программное обеспечение для мониторинга производительности, разработанное в рамках проекта ALICE Data Acquisition. AFFAIR в значительной степени основан на открытом исходном коде и состоит из следующих компонентов: сбор данных, связь между узлами с использованием DIM, быстрое и временное хранилище базы данных с циклическим перебором, а также постоянное хранилище и создание графиков с использованием ROOT.

Окончательно. Экспериментальная система массового хранения данных (MSS) ALICE сочетает в себе очень высокую пропускную способность (1,25 ГБ/с) и ежегодно хранит огромные объемы данных, более 1 Пбайт. Система массового хранения состоит из: а) Глобального хранилища данных (GDS), выполняющего временное хранение данных в экспериментальной яме; б) Постоянное хранилище данных (PDS) для долгосрочного архивирования данных в вычислительном центре ЦЕРН и, наконец, из программного обеспечения системы массового хранения данных, управляющего созданием, доступом и архивированием данных.

Результаты

События, зарегистрированные экспериментом ALICE от первых столкновений ионов свинца при энергии центра масс 2,76 ТэВ на пару нуклонов.

Физическая программа ALICE включает следующие основные темы: i) исследование термализации партонов в КГП с акцентом на массивные очаровательные красивые кварки и понимание поведения этих тяжелых кварков по отношению к сильносвязанной среде КГП, ii ) изучение механизмов потери энергии, происходящих в среде, и зависимости потерь энергии от вида партонов, iii) диссоциация кваркониевых состояний, которая может быть зондом деконфайнмента и температуры среды и, наконец, образования тепловых фотонов и дилептонов малой массы, испускаемых КГП, что касается оценки начальной температуры и степеней свободы систем, а также киральной природы фазового перехода.

Коллаборация ALICE представила свои первые результаты столкновений протонов БАК с энергией центра масс 7 ТэВ в марте 2010 года. Результаты подтвердили, что множественность заряженных частиц растет с увеличением энергии быстрее, чем ожидалось, в то время как форма распределения множественности плохо воспроизводится стандартным моделированием. Результаты были основаны на анализе выборки из 300 000 протон-протонных столкновений, собранной экспериментом ALICE во время первых запусков БАК со стабильными пучками при энергии центра масс √s 7 ТэВ.

В 2011 году коллаборация ALICE измерила размер системы, созданной в результате столкновений Pb-Pb при энергии центра масс 2,76 ТэВ на пару нуклонов. ALICE подтвердила, что материя КХД, созданная в результате столкновений Pb-Pb, ведет себя как жидкость с сильными коллективными движениями, которые хорошо описываются гидродинамическими уравнениями. Огненный шар, образовавшийся в результате ядерных столкновений на LHC, горячее, живет дольше и расширяется до больших размеров, чем среда, образовавшаяся в результате столкновений тяжелых ионов на RHIC. Измерения множественности в ходе эксперимента ALICE показывают, что система изначально имеет гораздо более высокую плотность энергии и как минимум на 30% горячее, чем в RHIC, что приводит к удвоению множественности частиц для каждой сталкивающейся пары нуклонов (Aamodt et al. 2010a). Дальнейший анализ, в частности, полная зависимость этих наблюдаемых от центральности, позволит лучше понять свойства системы – такие как начальные скорости, уравнение состояния и вязкость жидкости – и сильно ограничит теоретическое моделирование тяжелых ионов. столкновения.

Идеальная жидкость на БАКе

Нецентральные ядерные столкновения с конечным прицельным параметром создают сильно асимметричный огненный шар «миндалевидной формы». Однако эксперименты не позволяют измерить пространственные размеры взаимодействия (за исключением особых случаев, например при рождении пионов, см. ). Вместо этого они измеряют распределение импульсов испускаемых частиц. Корреляция между измеренным распределением импульсов по азимуту частиц, испускаемых распадающимся огненным шаром, и исходной пространственной асимметрией может возникнуть только в результате множественных взаимодействий между составляющими созданного вещества; другими словами, оно рассказывает нам о том, как течет вещество, что связано с его уравнением состояния и термодинамическими транспортными свойствами.

Измеренное азимутальное распределение частиц в импульсном пространстве можно разложить на коэффициенты Фурье. Второй коэффициент Фурье (v2), называемый эллиптическим потоком, особенно чувствителен к внутреннему трению или вязкости жидкости, или, точнее, η/s, отношению сдвиговой вязкости (η) к энтропии (s) системы. . Для хорошей жидкости, такой как вода, отношение η/s невелико. «Густая» жидкость, такая как мед, имеет большие значения η/s.

В ходе столкновений тяжелых ионов на БАК коллаборация ALICE обнаружила, что горячая материя, образовавшаяся в результате столкновения, ведет себя как жидкость с небольшим трением, с η/s, близким к нижнему пределу (почти нулевой вязкости). Благодаря этим измерениям ALICE только начал исследовать температурную зависимость η/s, и мы ожидаем еще много более глубоких измерений, связанных с потоком на БАК, которые еще больше ограничит гидродинамические характеристики КГП.

Измерение самой высокой температуры на Земле

В августе 2012 года ученые ALICE объявили, что в результате их экспериментов была получена кварк-глюонная плазма с температурой около 5,5 триллионов Кельвинов , что является самой высокой температурой массы, достигнутой в любых физических экспериментах на данный момент. Эта температура примерно на 38% выше предыдущего рекорда около 4 триллионов кельвинов, достигнутого в экспериментах 2010 года в Брукхейвенской национальной лаборатории .

Результаты ALICE были объявлены 13 августа на конференции Quark Matter 2012 в Вашингтоне, округ Колумбия. Кварк-глюонная плазма, полученная в результате этих экспериментов, аппроксимирует условия во Вселенной, существовавшие через микросекунды после Большого взрыва , до того, как материя объединилась в атомы .

Потери энергии

Основным процессом в КХД является потеря энергии быстрого партона в среде, состоящей из цветных зарядов. Это явление, «тушение струи», особенно полезно при изучении КГП с использованием встречающихся в природе продуктов (струй) жесткого рассеяния кварков и глюонов на налетающих ядрах. Высокоэнергетический партон (цветной заряд) исследует окрашенную среду подобно тому, как рентгеновские лучи исследуют обычное вещество. Образование этих партонных зондов в адронных столкновениях хорошо изучено в рамках пертурбативной КХД. Теория также показывает, что партон, пересекающий среду, потеряет часть своей энергии при испускании множества мягких (низкоэнергетических) глюонов. Количество излучаемой энергии пропорционально плотности среды и квадрату пути, пройденного партоном в среде. Теория также предсказывает, что потеря энергии зависит от аромата партона.

Тушение струи впервые наблюдалось в RHIC путем измерения выходов адронов с высоким поперечным импульсом. Эти частицы образуются в результате фрагментации энергичных партонов. Выходы этих частиц с высоким pT в центральных ядро-ядерных столкновениях оказались в пять раз ниже, чем ожидалось на основе измерений в протон-протонных реакциях. ALICE недавно опубликовал результаты измерений заряженных частиц в центральных столкновениях тяжелых ионов на БАК. Как и в RHIC, производство адронов с высоким pT на LHC сильно подавлено. Однако наблюдения на БАК показывают качественно новые особенности. Наблюдения ALICE согласуются с отчетами коллабораций ATLAS и CMS о прямых доказательствах потери энергии партонов в результате столкновений тяжелых ионов с использованием полностью реконструированных встречных струй частиц, связанных с жестким партонным рассеянием. Последние два эксперимента показали сильный энергетический дисбаланс между струей и ее откатывающим партнером (G Aad et al. 2010 и сотрудничество CMS 2011). Считается, что этот дисбаланс возникает из-за того, что одна из струй прошла через горячую и плотную материю, передав значительную часть своей энергии среде таким образом, который не восстанавливается при реконструкции струй.

Изучение гадророждения кваркония

Кварконии — это связанные состояния тяжелых ароматных кварков (очармованных или нижних) и их антикварков. Были тщательно изучены два типа кваркониев: чармоний, состоящий из очарованного кварка и антиочарования, и боттомоний, состоящий из донного и антидонного кварков. Очаровательные и античармовые кварки в присутствии кварк-глюонной плазмы, в которой много свободных цветных зарядов, больше не способны видеть друг друга и, следовательно, не могут образовывать связанные состояния. «Вплавление» кваркониев в КГП проявляется в подавлении выходов кваркониев по сравнению с рождением без присутствия КГП. Поиски подавления кваркониев как сигнатуры КГП начались 25 лет назад. Первые результаты ALICE для очарованных адронов в столкновениях PbPb при энергии центра масс √sNN = 2,76 ТэВ указывают на сильные потери энергии в среде для очарованных и странных кварков, что является показателем образования горячей среды КГП.

По мере повышения температуры увеличивается и цветовое экранирование, что приводит к большему подавлению состояний кваркония, поскольку очарованию-античарму или дну-антидну труднее формировать новые связанные состояния. Ожидается, что при очень высоких температурах никакие состояния кваркония не выживут; они тают в QGP. Поэтому последовательное подавление кваркония рассматривается как термометр КГП, поскольку состояния с разными массами имеют разные размеры и, как ожидается, будут экранироваться и диссоциировать при разных температурах. Однако по мере увеличения энергии столкновения увеличивается и число кварков очарования-античарма, которые могут образовывать связанные состояния, и при переходе к более высоким энергиям может появиться балансирующий механизм рекомбинации кваркониев.

Результаты первого запуска ALICE весьма поразительны по сравнению с наблюдениями при более низких энергиях. В то время как аналогичное подавление наблюдается при энергиях БАК для периферических столкновений, при движении к более лобовым столкновениям – что количественно определяется увеличением числа нуклонов в ведущих ядрах, участвующих во взаимодействии – подавление больше не увеличивается. Таким образом, несмотря на более высокие температуры, достигнутые в ядерных столкновениях на БАКе, эксперимент ALICE обнаруживает больше J/ψ-мезонов в Pb–Pb по сравнению с p–p. Подобный эффект, вероятно, связан с процессом регенерации, происходящим на температурной границе КГП и горячего газа адронов.

Подавление состояний чармония наблюдалось также в столкновениях протона со свинцом на БАК, в которых не образуется кварк-глюонная плазма. Это позволяет предположить, что наблюдаемое подавление при протон-ядерных столкновениях (pA) обусловлено эффектами холодной ядерной материи. Чтобы понять богатство экспериментальных результатов, необходимо понять среднюю модификацию кваркониев и распутать эффекты горячей и холодной материи. Сегодня имеется большой объем данных с RHIC и LHC о подавлении чармония и боттомония, и ALICE пытается различать эффекты, вызванные образованием КГП, и эффекты, вызванные эффектами холодной ядерной материи.

Двухгребневая структура в p-Pb-столкновениях

ALICE зарегистрировала первые столкновения протонов и свинца на БАКе

Анализ данных p-Pb-столкновений на БАК выявил совершенно неожиданную двухгребневую структуру пока неизвестного происхождения. Столкновения протона со свинцом (pPb) в 2013 году, через два года после столкновений с тяжелыми ионами, открыли новую главу в исследовании свойств деконфайнментного, кирально-симметричного состояния КГП. Удивительная ближняя, дальнодействующая (вытянутая по псевдобыстроте) корреляция, образующая гребнеобразную структуру, наблюдаемая в pp-столкновениях с высокой множественностью, была также обнаружена в pPb-столкновениях с высокой множественностью, но с гораздо большей амплитудой ( ). Однако самым большим сюрпризом стало наблюдение, что этот ближний гребень сопровождается по существу симметричным дальним гребнем, противоположным по азимуту (CERN Courier, март 2013 г., стр. 6). Этот двойной гребень был обнаружен после того, как короткодействующие корреляции, возникающие из-за фрагментации струи и резонансных затуханий, были подавлены путем вычитания корреляционного распределения, измеренного для событий с низкой множественностью, из распределения для событий с высокой множественностью.

Подобные дальнодействующие структуры при столкновениях тяжелых ионов объясняются коллективным потоком частиц, вылетающих из термализованной системы, подвергающейся коллективному гидродинамическому расширению. Эту анизотропию можно охарактеризовать с помощью коэффициентов vn (n = 2, 3, ...) разложения Фурье одночастичного азимутального распределения. Чтобы дополнительно проверить возможное наличие коллективных явлений, сотрудничество ALICE расширило двухчастичный корреляционный анализ на идентифицированные частицы, проверяя потенциальное массовое упорядочение гармонических коэффициентов v2. Такое упорядочение по массе наблюдалось при столкновениях тяжелых ионов, где оно было интерпретировано как возникшее из-за общего радиального ускорения – так называемого радиального потока – связанного с анизотропией в импульсном пространстве. Продолжая удивлять, в столкновениях pPb с высокой множественностью было измерено четкое упорядочение частиц по массе, подобное тому, которое наблюдалось в среднецентральных столкновениях PbPb (CERN Courier, сентябрь 2013 г.).

Последний сюрприз на данный момент исходит от государств чармония. В то время как образование J/ψ не демонстрирует какого-либо неожиданного поведения, образование более тяжелого и менее связанного (2S) состояния указывает на сильное подавление (0,5–0,7) по отношению к J/ψ по сравнению с pp-столкновениями. Это намек на воздействие медиума? Действительно, в столкновениях тяжелых ионов такое подавление было интерпретировано как последовательное плавление состояний кваркониев в зависимости от их энергии связи и температуры КГП, созданной в этих столкновениях.

Ожидаемые результаты первой кампании по измерению pPb сопровождались неожиданными наблюдениями. Среди ожидаемых результатов — подтверждение того, что протон-ядерные столкновения представляют собой подходящий инструмент для детального изучения партонной структуры холодной ядерной материи. Неожиданностью стало сходство нескольких наблюдаемых между столкновениями pPb и PbPb, которые намекают на существование коллективных явлений в столкновениях pPb с высокой множественностью частиц и, в конечном итоге, на образование КГП.

Обновления и планы на будущее

Длительное отключение 1

Основным мероприятием по обновлению ALICE во время длительного отключения LHC 1 была установка диструйного калориметра (DCAL), расширения существующей системы EMCAL, которое добавляет 60 ° азимутального принятия против существующих 120 ° принятия EMCAL. Этот новый субдетектор будет установлен в нижней части соленоидного магнита, в котором в настоящее время размещены три модуля фотонного спектрометра (PHOS). Кроме того, будет установлена ​​совершенно новая рельсовая система и подставка для поддержки трех модулей PHOS и восьми модулей DCAL, которые вместе весят более 100 тонн. Последует установка пяти модулей ТРД, которые завершат эту сложную детекторную систему, состоящую из 18 блоков.

В дополнение к этим основным действиям детекторов, все 18 субдетекторов ALICE претерпели значительные улучшения во время LS1, при этом были заменены компьютеры и диски онлайн-систем, а затем обновлены операционные системы и онлайн-программное обеспечение.

Все эти усилия направлены на то, чтобы ALICE была в хорошей форме для трехлетнего периода работы LHC после LS1, когда коллаборация ожидает столкновений тяжелых ионов при максимальной энергии LHC 5,5 ТэВ/нуклон и светимости, превышающей 1027. Гц/см ² .

Долгое отключение 2 (2018)

Коллаборация ALICE планирует провести масштабную модернизацию во время следующего длительного отключения LS2, которое было запланировано на 2018 год. Тогда весь кремниевый трекер будет заменен монолитно-пиксельной системой трекера, построенной на чипах ALPIDE; времяпроекционная камера будет оснащена детекторами газового электронного умножителя (ГЭУ) для непрерывного считывания и использования новой микроэлектроники; а все остальные субдетекторы и онлайн-системы будут готовиться к 100-кратному увеличению количества записываемых на ленту событий.

Внешние ссылки

• СМИ, связанные с ALICE, на Викискладе?
• Официальная общедоступная веб-страница ALICE. Архивировано 21 февраля 2011 г. в Wayback Machine в ЦЕРНе.
• Интерактивный график празднования 20-летия ALICE
• Раздел ALICE на веб-сайте US/LHC
• Аамодт, К.; и др. (Коллаборация ALICE) (2008). «Эксперимент ALICE на БАКе ЦЕРН» . Журнал приборостроения . 3 (8): S08002. Бибкод : 2008JInst...3S8002A . дои : 10.1088/1748-0221/3/08/S08002 .