46°15′04.8″N 6°01′12.5″E / 46.251333°N 6.020139°E / 46.251333; 6.020139
ALICE ( A Large Ion Collider Experiment ) es uno de los nueve experimentos de detección del Gran Colisionador de Hadrones del CERN . El experimento está diseñado para estudiar las condiciones que se cree que existieron inmediatamente después del Big Bang midiendo las propiedades del plasma de quarks y gluones . [1]
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ALICE está diseñado para estudiar colisiones de alta energía entre núcleos de plomo . Estas colisiones imitan las temperaturas y densidades de energía extremas que se habrían encontrado en las fracciones de segundo posteriores al Big Bang al formar un plasma de quarks y gluones , un estado de la materia en el que los quarks y los gluones no están ligados . [2]
Comprender el desconfinamiento de quarks y las propiedades del plasma de quarks y gluones son cuestiones clave en la cromodinámica cuántica (QCD) y la física de la materia en fuerte interacción . Los resultados obtenidos por ALICE respaldan la comprensión de las interacciones entre partículas elementales y de fenómenos complejos como el confinamiento del color y la restauración de la simetría quiral . Se espera que la recreación del plasma de quarks y gluones y la comprensión de su evolución arrojen luz sobre cómo se organiza la materia, los mecanismos que confinan a los quarks y gluones, y la naturaleza de la fuerza nuclear fuerte y su papel en la generación de la mayor parte de la masa de la materia ordinaria.
La cromodinámica cuántica (QCD) predice que, a densidades de energía suficientemente altas, se producirá una transición de fase con la materia hadrónica convencional , donde los quarks están confinados dentro de partículas nucleares, pasando a un plasma de quarks y gluones , donde no lo están. Se cree que la transición inversa se produjo cuando el universo tenía una duración de aproximadamente un microsegundo (10 −6 segundos) y aún puede producirse en los centros de estrellas de neutrones en colapso y otros objetos astrofísicos. [3] [4]
La idea de construir un detector de iones pesados dedicado al LHC se debatió por primera vez en la reunión "Hacia el programa experimental del LHC" celebrada en Évian, Francia, en marzo de 1992. La reunión dio lugar a varios programas del LHC, entre ellos ATLAS y CMS . [5] Después de Évian, se formó la colaboración ALICE y se presentó una carta de intenciones en 1993. [6]
ALICE fue propuesto por primera vez como detector central en 1993 y luego complementado por un espectrómetro de muones delantero adicional diseñado en 1995. En 1997, el Comité del LHC permitió que ALICE avanzara hacia el diseño y la construcción finales. [7]
Los primeros diez años se dedicaron al diseño y a un amplio esfuerzo de investigación y desarrollo (I+D). Al igual que con otros experimentos del LHC, los desafíos de la física de iones pesados en el LHC exigieron avances que iban más allá de la tecnología existente. En algunos casos, se necesitó un gran avance tecnológico para lograr los diseños iniciales del proyecto. Un esfuerzo de I+D bien organizado, sostenido durante la mayor parte de la década de 1990, condujo a avances significativos en detectores, electrónica y computación .
El detector debe ser de uso general, capaz de medir una amplia gama de señales, con flexibilidad para incorporar adiciones y modificaciones a medida que surjan nuevas líneas de investigación. Para hacer frente a estos desafíos, ALICE incluyó soporte para una serie de observables que inicialmente no eran necesarios. A lo largo de los años se han añadido varios sistemas de detección importantes, incluido el espectrómetro de muones en 1995, los detectores de radiación de transición en 1999 y un gran calorímetro de chorro en 2007.
En 2010, ALICE registró datos de las primeras colisiones de plomo-plomo en el LHC. Los conjuntos de datos tomados durante los períodos de iones pesados en 2010 y 2011, junto con los datos de protones -plomo de 2013, proporcionaron información sobre la física del plasma de quarks y gluones.
En 2014, el detector ALICE se sometió a un importante programa de consolidación y actualización durante el largo cierre del complejo de aceleradores del CERN. Se instaló un nuevo subdetector, el calorímetro dijet (DCAL). Se actualizaron los 18 subdetectores existentes y se realizaron importantes renovaciones en la infraestructura, incluidos los sistemas eléctricos y de refrigeración. [ cita requerida ]
En 2022, ALICE recibió subdetectores adicionales, incluido un nuevo sistema de seguimiento interno, un rastreador de avance de muones y un disparador de interacción rápida. [8]
A partir de 2024 [actualizar], la Colaboración ALICE cuenta con más de 1.900 miembros procedentes de 174 institutos en 39 países. [9] El detector actual pesa alrededor de 10.000 toneladas y mide 26 m de largo, 16 m de alto y 16 m de ancho. [1]
La búsqueda de plasma de quarks y gluones y una comprensión más profunda de la QCD comenzaron en el CERN y Brookhaven con iones más ligeros en la década de 1980. [10] [11] El programa actual en estos laboratorios ha pasado a colisiones ultrarrelativistas de iones pesados, y está alcanzando justo el umbral de energía en el que se espera que ocurra la transición de fase. El LHC, con una energía en el centro de masas de alrededor de 5,5 TeV/nucleón , llevará el alcance de energía aún más lejos.
Durante las colisiones frontales de iones de plomo en el LHC, cientos de protones y neutrones chocan a energías de más de unos pocos TeV . Los iones de plomo se aceleran a más del 99,9999 % de la velocidad de la luz. Las colisiones en el LHC son 100 veces más energéticas que las de los protones, y calientan la materia en el punto de interacción a una temperatura casi 100.000 veces superior a la temperatura en el núcleo del Sol. [ cita requerida ]
Cuando los dos núcleos principales chocan, la materia experimenta una transición para formar brevemente una gota de plasma de quarks y gluones , que se cree que llenó el universo unos pocos microsegundos después del Big Bang.
El plasma de quarks y gluones se forma cuando los protones y neutrones se "funden" en sus constituyentes elementales, y los quarks y gluones se liberan asintóticamente. La gota de QGP se enfría instantáneamente y los quarks y gluones individuales (llamados colectivamente partones ) se recombinan en una mezcla de materia ordinaria que se aleja a toda velocidad en todas direcciones. [12] Los restos contienen partículas como piones y kaones , que están hechos de un quark y un antiquark ; protones y neutrones , hechos de tres quarks; y numerosos antiprotones y antineutrones , que pueden combinarse para formar los núcleos de antiátomos tan pesados como el helio . Se puede aprender mucho estudiando la distribución y la energía de estos restos.
El Gran Colisionador de Hadrones colisionó sus primeros iones de plomo en 2010, el 7 de noviembre alrededor de las 12:30 am CET. [13] [14]
Las primeras colisiones en el centro de los detectores ALICE, ATLAS y CMS tuvieron lugar menos de 72 horas después de que el LHC terminara su primer ciclo de protones y pasara a acelerar haces de iones de plomo. Cada núcleo de plomo contiene 82 protones y el LHC acelera cada protón a una energía de 3,5 TeV, lo que da como resultado una energía de 287 TeV por haz, o una energía de colisión total de 574 TeV.
En cada colisión se emitieron hasta 3000 partículas cargadas, que se muestran aquí como líneas que irradian desde el punto de colisión. Los colores de las líneas indican cuánta energía se llevó cada partícula de la colisión.
En 2013, el LHC colisionó protones con iones de plomo para los primeros haces de física del LHC de 2013. [15] El experimento se llevó a cabo mediante haces contrarrotativos de protones e iones de plomo , y comenzó con órbitas centradas con diferentes frecuencias de revolución, y luego se incrementó por separado hasta la energía de colisión máxima del acelerador. [16]
La primera ejecución de la prueba de plomo-protón en el LHC duró un mes y los datos ayudan a los físicos de ALICE a disociar los efectos del plasma de los efectos que surgen de los efectos de la materia nuclear fría y arrojan más luz sobre el estudio del plasma de quarks y gluones.
En el caso de las colisiones plomo-plomo, las configuraciones de los quarks y gluones que forman los protones y neutrones del núcleo de plomo entrante pueden ser algo diferentes de las de los protones entrantes. Para estudiar si parte de los efectos observados al comparar las colisiones plomo-plomo y protón-protón se debe a esta diferencia de configuración en lugar de a la formación del plasma, las colisiones protón-plomo son una herramienta ideal para este estudio.
Una consideración clave del diseño de ALICE es la capacidad de estudiar la QCD y el (des)confinamiento de quarks bajo estas condiciones extremas. Esto se hace utilizando partículas, creadas dentro del volumen caliente a medida que se expande y se enfría, que viven lo suficiente para alcanzar las capas sensibles del detector situadas alrededor de la región de interacción. El programa de física de ALICE se basa en poder identificarlas todas, es decir, determinar si son electrones , fotones , piones , etc. y determinar su carga. Esto implica aprovechar al máximo las formas (a veces ligeramente) diferentes en que las partículas interactúan con la materia. [17]
En un experimento "tradicional", las partículas se identifican o al menos se asignan a familias ( hadrones cargados o neutros ) por las firmas características que dejan en el detector. El experimento se divide en unos pocos componentes principales y cada componente prueba un conjunto específico de propiedades de las partículas. Estos componentes se apilan en capas y las partículas pasan a través de las capas secuencialmente desde el punto de colisión hacia afuera: primero un sistema de seguimiento, luego un calorímetro electromagnético (EM) y un calorímetro hadrónico y finalmente un sistema de muones. Los detectores están integrados en un campo magnético para doblar las trayectorias de las partículas cargadas para determinar el momento y la carga . Este método para la identificación de partículas funciona bien solo para ciertas partículas, y se utiliza, por ejemplo, en los grandes experimentos LHC ATLAS y CMS . Sin embargo, esta técnica no es adecuada para la identificación de hadrones, ya que no permite distinguir los diferentes hadrones cargados que se producen en las colisiones Pb-Pb.
Para identificar todas las partículas que salen del sistema del QGP, ALICE utiliza un conjunto de 18 detectores [18] que proporcionan información sobre la masa, la velocidad y el signo eléctrico de las partículas.
Un conjunto de detectores cilíndricos que rodean el punto de interacción nominal se utiliza para rastrear todas las partículas que salen volando del medio denso y caliente. El sistema de seguimiento interno (ITS) (que consta de tres capas de detectores: detector de píxeles de silicio (SPD), detector de deriva de silicio (SDD), detector de bandas de silicio (SSD)), la cámara de proyección temporal (TPC) y el detector de radiación de transición (TRD) miden en muchos puntos el paso de cada partícula portadora de una carga eléctrica y brindan información precisa sobre la trayectoria de la partícula. Los detectores de seguimiento de barril ALICE están integrados en un campo magnético de 0,5 Tesla producido por un enorme solenoide magnético que curva las trayectorias de las partículas. A partir de la curvatura de las trayectorias se puede derivar su momento. El ITS es tan preciso que las partículas generadas por la desintegración de otras partículas con un tiempo de vida largo (~0,1 mm antes de la desintegración) pueden identificarse al ver que no se originan en el punto donde ha tenido lugar la interacción (el " vértice " del evento), sino en un punto a una distancia de tan solo una décima de milímetro. Esto nos permite medir, por ejemplo, los quarks bottom que se desintegran en un mesón B de vida relativamente larga a través de cortes "topológicos".
Las partículas pesadas de corta vida recorren una distancia muy pequeña antes de desintegrarse. Este sistema pretende identificar estos fenómenos de desintegración midiendo el lugar donde se producen con una precisión de una décima de milímetro. [19]
El sistema de seguimiento interno (ITS) consta de seis capas cilíndricas de detectores de silicio . Las capas rodean el punto de colisión y miden las propiedades de las partículas que emergen de las colisiones, señalando su posición de paso con una precisión de una fracción de milímetro. [20] Con la ayuda del ITS, las partículas que contienen quarks pesados (charm and beauty) se pueden identificar reconstruyendo las coordenadas en las que se desintegran.
Capas ITS (contando desde el punto de interacción):
El ITS se insertó en el corazón del experimento ALICE en marzo de 2007, tras una larga fase de I+D. Utilizando las cantidades más pequeñas del material más ligero, el ITS se ha hecho lo más ligero y delicado posible. Con casi 5 m2 de detectores de doble cara de tiras de silicio y más de 1 m2 de detectores de deriva de silicio, es el sistema más grande que utiliza ambos tipos de detectores de silicio.
ALICE ha presentado recientemente planes para un sistema de seguimiento interno mejorado, basado principalmente en la construcción de un nuevo rastreador de silicio con características muy mejoradas en términos de determinación del parámetro de impacto (d0) al vértice primario, eficiencia de seguimiento a bajo pT y capacidades de velocidad de lectura. [21] El ITS mejorado abrirá nuevos canales en el estudio del plasma de quarks y gluones formado en el LHC que son necesarios para comprender la dinámica de esta fase condensada del QCD.
Permitirá el estudio del proceso de termalización de quarks pesados en el medio midiendo encantos de sabor pesados y bariones de belleza y extendiendo estas mediciones hasta p T muy bajos por primera vez. También proporcionará una mejor comprensión de la dependencia de la masa de quarks de la pérdida de energía en el medio y ofrecerá una capacidad única de medir los quarks de belleza al mismo tiempo que mejora la reconstrucción del vértice de desintegración de belleza. Finalmente, el ITS mejorado nos dará la oportunidad de caracterizar la radiación térmica proveniente del QGP y la modificación en el medio de las funciones espectrales hadrónicas en relación con la restauración de la simetría quiral .
El proyecto de actualización requiere un amplio esfuerzo de I+D por parte de nuestros investigadores y colaboradores en todo el mundo en tecnologías de vanguardia: sensores de silicio, electrónica de bajo consumo, tecnologías de interconexión y empaquetado, estructuras mecánicas ultraligeras y unidades de refrigeración.
La cámara de proyección de tiempo (TPC) de ALICE es un gran volumen lleno de un gas como medio de detección y es el principal dispositivo de seguimiento de partículas en ALICE. [22] [23]
Las partículas cargadas que atraviesan el gas del TPC ionizan los átomos de gas a lo largo de su trayectoria, liberando electrones que se desplazan hacia las placas terminales del detector. Las características del proceso de ionización causado por partículas cargadas rápidas que pasan a través de un medio se pueden utilizar para la identificación de partículas. La dependencia de la velocidad de la fuerza de ionización está relacionada con la conocida fórmula de Bethe-Bloch , que describe la pérdida de energía promedio de las partículas cargadas a través de colisiones inelásticas de Coulomb con los electrones atómicos del medio.
Los contadores proporcionales multihilo o contadores de estado sólido se utilizan a menudo como medio de detección, ya que proporcionan señales con alturas de pulso proporcionales a la fuerza de ionización. Un efecto de avalancha en la proximidad de los cables del ánodo tendidos en las cámaras de lectura proporciona la amplificación de señal necesaria. Los iones positivos creados en la avalancha inducen una señal de corriente positiva en el plano de la almohadilla. La lectura se realiza mediante las almohadillas 557 568 que forman el plano del cátodo de las cámaras proporcionales multihilo ( MWPC ) ubicadas en las placas finales. Esto proporciona la distancia radial al haz y el acimut. La última coordenada, z a lo largo de la dirección del haz, viene dada por el tiempo de deriva. Dado que las fluctuaciones de pérdida de energía pueden ser considerables, en general se realizan muchas mediciones de altura de pulso a lo largo de la trayectoria de la partícula para optimizar la resolución de la medición de ionización.
Casi todo el volumen del TPC es sensible a las partículas cargadas que lo atraviesan, pero cuenta con un presupuesto de material mínimo. El reconocimiento sencillo de patrones (pistas continuas) hace que los TPC sean la opción perfecta para entornos de alta multiplicidad, como en colisiones de iones pesados, donde se deben rastrear miles de partículas simultáneamente. Dentro del TPC ALICE, la intensidad de ionización de todas las pistas se muestrea hasta 159 veces, lo que da como resultado una resolución de la medición de ionización de hasta el 5%.
Los electrones y positrones pueden distinguirse de otras partículas cargadas mediante la emisión de radiación de transición , rayos X emitidos cuando las partículas cruzan muchas capas de materiales delgados.
La identificación de electrones y positrones se logra utilizando un detector de radiación de transición (TRD). [24] De manera similar al espectrómetro de muones, este sistema permite estudios detallados de la producción de resonancias de mesones vectoriales, pero con una cobertura extendida hasta el mesón vectorial ligero ρ y en una región de rapidez diferente. Por debajo de 1 GeV/c, los electrones se pueden identificar mediante una combinación de mediciones del detector de identificación de partículas (PID) en el TPC y el tiempo de vuelo (TOF). En el rango de momento de 1 a 10 GeV/c, se puede aprovechar el hecho de que los electrones pueden crear TR cuando viajan a través de un "radiador" dedicado. Dentro de un radiador de este tipo, las partículas cargadas rápidamente cruzan los límites entre materiales con diferentes constantes dieléctricas, lo que puede conducir a la emisión de fotones TR con energías en el rango de rayos X. El efecto es minúsculo y el radiador tiene que proporcionar muchos cientos de límites de materiales para lograr una probabilidad lo suficientemente alta como para producir al menos un fotón. En el ALICE TRD, los fotones TR se detectan justo detrás del radiador utilizando MWPC llenos de una mezcla de gases a base de xenón, donde depositan su energía sobre las señales de ionización de la trayectoria de la partícula.
El ALICE TRD fue diseñado para obtener un disparador rápido para partículas cargadas con un alto momento y puede mejorar significativamente los rendimientos registrados de mesones vectoriales. Para este propósito, se instalaron 250.000 CPU directamente en el detector para identificar candidatos para pistas de alto momento y analizar la deposición de energía asociada con ellas lo más rápido posible (mientras las señales aún se están creando en el detector). Esta información se envía a una unidad de seguimiento global, que combina toda la información para buscar pares de pistas electrón-positrón en solo 6 μs.
Para desarrollar un detector de radiación de transición (TRD) para ALICE, se probaron muchos prototipos de detectores en haces mixtos de piones y electrones.
ALICE también quiere saber la identidad de cada partícula, ya sea un electrón, un protón, un kaón o un pión.
Los hadrones cargados (de hecho, todas las partículas cargadas estables) se identifican de forma inequívoca si se determinan su masa y su carga. La masa se puede deducir a partir de las mediciones del momento y de la velocidad. El momento y el signo de la carga se obtienen midiendo la curvatura de la trayectoria de la partícula en un campo magnético. Para obtener la velocidad de la partícula, existen cuatro métodos basados en mediciones del tiempo de vuelo y de la ionización, y en la detección de la radiación de transición y de la radiación Cherenkov. Cada uno de estos métodos funciona bien en diferentes rangos de momento o para tipos específicos de partículas. En ALICE, todos estos métodos se pueden combinar para medir, por ejemplo, los espectros de partículas.
Además de la información proporcionada por el ITS y el TPC, se necesitan detectores más especializados: el TOF mide, con una precisión mejor que una décima de milmillonésima de segundo, el tiempo que tarda cada partícula en viajar desde el vértice hasta alcanzarlo, de modo que se puede medir su velocidad. El detector de identificación de partículas de alto momento (HMPID) mide los patrones de luz débil generados por partículas rápidas y el TRD mide la radiación especial que emiten las partículas muy rápidas al atravesar diferentes materiales, lo que permite identificar electrones. Los muones se miden aprovechando el hecho de que penetran en la materia más fácilmente que la mayoría de las demás partículas: en la región delantera, un absorbente muy grueso y complejo detiene todas las demás partículas y los muones se miden mediante un conjunto específico de detectores: el espectrómetro de muones.
Las partículas cargadas se identifican en ALICE mediante el tiempo de vuelo (TOF). Las mediciones de TOF proporcionan la velocidad de una partícula cargada midiendo el tiempo de vuelo sobre una distancia dada a lo largo de la trayectoria de la pista. [25] [26] Utilizando la información de seguimiento de otros detectores se identifica cada pista que activa un sensor. Siempre que también se conozca el momento, la masa de la partícula se puede derivar de estas mediciones. El detector TOF de ALICE es un detector de área grande basado en cámaras de placa resistiva de múltiples huecos (MRPC) que cubren una superficie cilíndrica de 141 m 2 , con un radio interior de 3,7 metros (12 pies). Hay aproximadamente 160.000 almohadillas MRPC con una resolución temporal de unos 100 ps distribuidas sobre la gran superficie de 150 m 2 .
Los MRPC son detectores de placas paralelas construidos con láminas delgadas de vidrio de ventana estándar para crear estrechos espacios de gas con campos eléctricos altos. Estas placas se separan mediante hilos de pescar para proporcionar el espaciado deseado; se necesitan 10 espacios de gas por MRPC para llegar a una eficiencia de detección cercana al 100%.
La simplicidad de la construcción permite construir un sistema grande con una resolución total TOF de 80 ps a un costo relativamente bajo (CERN Courier, noviembre de 2011, pág. 8). Este rendimiento permite la separación de kaones, piones y protones hasta momentos de unos pocos GeV/c. La combinación de dicha medición con la información PID del ALICE TPC ha demostrado ser útil para mejorar la separación entre los diferentes tipos de partículas, como muestra la figura 3 para un rango de momento particular.
El detector de identificación de partículas de alto momento (HMPID) es un detector RICH para determinar la velocidad de partículas más allá del rango de momento disponible a través de la pérdida de energía (en ITS y TPC, p = 600 MeV) y mediante mediciones de tiempo de vuelo (en TOF, p = 1,2–1,4 GeV).
La radiación Cherenkov es una onda de choque que se produce cuando partículas cargadas se mueven a través de un material a una velocidad superior a la de la luz en dicho material. La radiación se propaga con un ángulo característico con respecto a la trayectoria de la partícula, que depende de la velocidad de la misma. Los detectores Cherenkov aprovechan este efecto y, en general, constan de dos elementos principales: un radiador en el que se produce la radiación Cherenkov y un detector de fotones. Los detectores Cherenkov de imagen en anillo (RICH) resuelven la imagen en forma de anillo de la radiación Cherenkov enfocada, lo que permite medir el ángulo Cherenkov y, por tanto, la velocidad de la partícula. Esto, a su vez, es suficiente para determinar la masa de la partícula cargada.
Si se utiliza un medio denso (con un índice de refracción alto), basta con una fina capa de radiación del orden de unos pocos centímetros para emitir una cantidad suficiente de fotones Cherenkov. El detector de fotones se coloca a cierta distancia (normalmente unos 10 cm) detrás del radiador, lo que permite que el cono de luz se expanda y forme la característica imagen en forma de anillo. Este RICH de enfoque por proximidad se instala en el experimento ALICE.
El rango de momento de ALICE HMPID es de hasta 3 GeV para la discriminación pion/ kaon y de hasta 5 GeV para la discriminación kaon/ protón . Es el detector RICH de yoduro de cesio más grande del mundo , con un área activa de 11 m 2 . Un prototipo fue probado con éxito en el CERN en 1997 y actualmente toma datos en el Colisionador de Iones Pesados Relativistas en el Laboratorio Nacional de Brookhaven en los EE. UU.
Los calorímetros miden la energía de las partículas y determinan si tienen interacciones electromagnéticas o hadrónicas. La identificación de partículas en un calorímetro es una medición destructiva. Todas las partículas, excepto los muones y los neutrinos, depositan toda su energía en el sistema calorímetro mediante la producción de lluvias electromagnéticas o hadrónicas. Los fotones, electrones y positrones depositan toda su energía en un calorímetro electromagnético. Sus lluvias son indistinguibles, pero un fotón puede identificarse por la inexistencia de una pista en el sistema de seguimiento asociado a la lluvia.
Los fotones (partículas de luz), al igual que la luz emitida por un objeto caliente, nos informan sobre la temperatura del sistema. Para medirlos, se necesitan detectores especiales: los cristales del PHOS, que son tan densos como el plomo y transparentes como el vidrio, los medirán con una precisión fantástica en una región limitada, mientras que el PMD y, en particular, el EMCal los medirán en una zona muy amplia. El EMCal también medirá grupos de partículas cercanas (llamados "jets") que tienen una memoria de las primeras fases del evento.
PHOS es un calorímetro electromagnético de alta resolución instalado en ALICE [27] para proporcionar datos para probar las propiedades térmicas y dinámicas de la fase inicial de la colisión. Esto se hace midiendo los fotones que emergen directamente de la colisión. PHOS cubre un dominio de aceptación limitado en la rapidez central. Está hecho de cristales de tungstato de plomo , [28] similares a los utilizados por CMS, que se leen mediante fotodiodos de avalancha (APD).
Cuando los fotones de alta energía chocan con el tungstato de plomo, lo hacen brillar o centellear, y este brillo se puede medir. El tungstato de plomo es extremadamente denso (más denso que el hierro), lo que detiene la mayoría de los fotones que lo alcanzan. Los cristales se mantienen a una temperatura de 248 K, lo que ayuda a minimizar el deterioro de la resolución energética debido al ruido y a optimizar la respuesta para energías bajas.
El EMCal es un calorímetro de muestreo de centelleo de plomo que consta de casi 13.000 torres individuales agrupadas en diez supermódulos. Las torres se leen mediante fibras ópticas que cambian la longitud de onda en una geometría shashlik acoplada a un fotodiodo de avalancha. El EMCal completo contendrá 100.000 placas de centelleo individuales y 185 kilómetros de fibra óptica, con un peso total de aproximadamente 100 toneladas.
El EMCal cubre casi toda la longitud de la cámara de proyección de tiempo de ALICE y el detector central, y un tercio de su acimut está colocado espalda con espalda con el espectrómetro de fotones de ALICE, un calorímetro de plomo-tungstato más pequeño y altamente granular.
Los supermódulos se insertan en un marco de soporte independiente situado dentro del imán ALICE, entre los contadores de tiempo de vuelo y la bobina magnética. El marco de soporte en sí es una estructura compleja: pesa 20 toneladas y debe soportar cinco veces su propio peso, con una desviación máxima entre estar vacío y estar completamente cargado de solo un par de centímetros. La instalación de los supermódulos de ocho toneladas requiere un sistema de raíles con un sofisticado dispositivo de inserción para cruzar hasta la estructura de soporte.
El calorímetro electromagnético (EM-Cal) aumentará en gran medida las capacidades de medición de partículas de alto momento de ALICE. [29] Extenderá el alcance de ALICE para estudiar chorros y otros procesos duros.
El detector de multiplicidad de fotones (PMD) es un detector de lluvia de partículas que mide la multiplicidad y la distribución espacial de los fotones producidos en las colisiones. [30] Utiliza como primera capa un detector de veto para rechazar partículas cargadas. Los fotones, por otro lado, pasan a través de un convertidor, iniciando una lluvia electromagnética en una segunda capa del detector donde producen grandes señales en varias celdas de su volumen sensible. Los hadrones, por otro lado, normalmente afectan solo a una celda y producen una señal que representa partículas de ionización mínima.
El detector de multiplicidad avanzada (FMD) extiende la cobertura de multiplicidad de partículas de carga a las regiones avanzadas, lo que le otorga a ALICE la cobertura más amplia de los cuatro experimentos del LHC para estas mediciones. [31]
El FMD consta de 5 grandes discos de silicio, cada uno con 10.240 canales de detección individuales para medir las partículas cargadas emitidas en pequeños ángulos con respecto al haz. El FMD proporciona una medición independiente de la orientación de las colisiones en el plano vertical, que se puede utilizar con mediciones del detector de barril para investigar flujos, chorros, etc.
El espectrómetro de muones directos ALICE estudia el espectro completo de quarkonia pesada (J/Ψ, Ψ′, ϒ, ϒ′, ϒ′′) a través de su desintegración en el canal μ+μ–. Los estados de quarkonium pesados proporcionan una herramienta esencial para estudiar la etapa temprana y caliente de las colisiones de iones pesados. [32] En particular, se espera que sean sensibles a la formación de plasma de quarks y gluones. En presencia de un medio desconfinado (es decir, QGP) con una densidad de energía lo suficientemente alta, los estados de quarkonium se disocian debido al apantallamiento de color. Esto conduce a una supresión de sus tasas de producción. A la alta energía de colisión del LHC, se pueden estudiar tanto los estados de charmonium (J/Ψ y Ψ′) como los estados de bottomonium (ϒ, ϒ′ y ϒ′′). El espectrómetro Dimuon está optimizado para la detección de estas resonancias de quarks pesados.
Los muones pueden identificarse utilizando la técnica que acabamos de describir, aprovechando el hecho de que son las únicas partículas cargadas capaces de atravesar casi sin perturbaciones cualquier material. Este comportamiento está relacionado con el hecho de que los muones con momentos inferiores a unos pocos cientos de GeV/c no sufren pérdidas de energía radiativa y, por lo tanto, no producen lluvias electromagnéticas. Además, como son leptones, no están sujetos a interacciones fuertes con los núcleos del material que atraviesan. Este comportamiento se aprovecha en los espectrómetros de muones en experimentos de física de alta energía instalando detectores de muones detrás de los sistemas calorimétricos o detrás de materiales absorbentes gruesos. Todas las partículas cargadas que no sean muones se detienen por completo, lo que produce lluvias electromagnéticas (y hadrónicas).
El espectrómetro de muones de la región delantera de ALICE cuenta con un absorbente frontal muy grueso y complejo y un filtro de muones adicional que consiste en una pared de hierro de 1,2 m de espesor. Los candidatos a muones seleccionados de las pistas que penetran en estos absorbentes se miden con precisión en un conjunto dedicado de detectores de seguimiento. Los pares de muones se utilizan para recopilar el espectro de resonancias de mesones vectoriales de quarks pesados (J/Psi). Sus tasas de producción se pueden analizar en función del momento transversal y la centralidad de la colisión para investigar la disociación debido al filtrado de color. La aceptación del espectrómetro de muones de ALICE cubre el intervalo de pseudorapidez 2,5 ≤ η ≤ 4 y las resonancias se pueden detectar hasta un momento transversal cero.
Por último, es necesario conocer la potencia de la colisión: para ello se miden los restos de los núcleos en colisión en detectores fabricados con materiales de alta densidad situados a unos 110 metros a ambos lados de ALICE (los ZDC) y se mide con el FMD, V0 y T0 el número de partículas producidas en la colisión y su distribución espacial. T0 mide también con gran precisión el momento en el que se produce el evento.
Los ZDC son calorímetros que detectan la energía de los nucleones espectadores para determinar la región de superposición de los dos núcleos en colisión. Están compuestos por cuatro calorímetros, dos para detectar protones (ZP) y dos para detectar neutrones (ZN). Están ubicados a 115 metros del punto de interacción en ambos lados, exactamente a lo largo de la línea del haz. El ZN está colocado a cero grados con respecto al eje del haz del LHC, entre los dos tubos del haz. Es por eso que los llamamos Calorímetros de Grado Cero (ZDC). El ZP está ubicado externamente al tubo del haz saliente. Los protones espectadores están separados de los haces de iones por medio del imán dipolar D1.
Los ZDC son "calorímetros espagueti", formados por una pila de placas de metal pesado ranuradas para alojar una matriz de fibras de cuarzo. Su principio de funcionamiento se basa en la detección de la luz Cherenkov producida por las partículas cargadas de la lluvia de las fibras.
V0 está formado por dos conjuntos de contadores de centelleo dispuestos a ambos lados del punto de interacción de ALICE, denominados V0-A y V0-C. El contador V0-C está situado aguas arriba del absorbedor del brazo de dimuón y cubre la aceptación del espectrómetro, mientras que el contador V0-A estará situado a unos 3,5 m del vértice de colisión, en el otro lado.
Se utiliza para estimar la centralidad de la colisión sumando la energía depositada en los dos discos de V0. Este observable escala directamente con el número de partículas primarias generadas en la colisión y, por lo tanto, con la centralidad.
V0 también se utiliza como referencia en los escaneos de Van Der Meer que dan el tamaño y la forma de los rayos en colisión y, por lo tanto, la luminosidad entregada al experimento.
ALICE T0 sirve como detector de inicio, activación y luminosidad para ALICE. El tiempo de interacción preciso (START) sirve como señal de referencia para el detector de tiempo de vuelo que se utiliza para la identificación de partículas. T0 proporciona cinco señales de activación diferentes al procesador de activación central. La más importante de ellas es el vértice T0, que proporciona una confirmación rápida y precisa de la ubicación del punto de interacción principal a lo largo del eje del haz dentro de los límites establecidos. El detector también se utiliza para el monitoreo de luminosidad en línea, lo que proporciona una retroalimentación rápida al equipo del acelerador.
El detector T0 consta de dos conjuntos de contadores Cherenkov (T0-C y T0-A) ubicados en lados opuestos del punto de interacción (PI). Cada conjunto tiene 12 contadores cilíndricos equipados con un radiador de cuarzo y un tubo fotomultiplicador.
La caverna ALICE es un lugar ideal para la detección de muones atmosféricos de alta energía provenientes de lluvias de rayos cósmicos. ACORDE detecta las lluvias de rayos cósmicos provocando la llegada de muones a la parte superior del imán ALICE.
El disparador de rayos cósmicos ALICE está formado por 60 módulos centelleadores distribuidos en las tres caras superiores del yugo magnético de ALICE. El conjunto puede configurarse para dispararse en eventos de uno o varios muones, desde coincidencias dobles hasta el conjunto completo si se desea. La alta luminosidad de ACORDE permite el registro de eventos cósmicos con una multiplicidad muy elevada de pistas de muones paralelas, los llamados haces de muones.
Con ACORDE, el Experimento ALICE ha sido capaz de detectar haces de muones con la mayor multiplicidad jamás registrada, así como medir indirectamente rayos cósmicos primarios de muy alta energía. [ cita requerida ] {>>" # Continuar....
ALICE tuvo que diseñar un sistema de adquisición de datos que operara eficientemente en dos modos de funcionamiento muy diferentes: los eventos muy frecuentes pero pequeños, con pocas partículas producidas encontradas durante colisiones protón-protón y los eventos relativamente raros, pero extremadamente grandes, con decenas de miles de nuevas partículas producidas en colisiones plomo-plomo en el LHC (L = 10 27 cm −2 s −1 en Pb-Pb con cruces de racimos de 100 ns y L = 10 30 -10 31 cm −2 s −1 en pp con cruces de racimos de 25 ns). [33]
El sistema de adquisición de datos de ALICE debe equilibrar su capacidad para registrar el flujo constante de eventos muy grandes resultantes de colisiones centrales, con la capacidad de seleccionar y registrar procesos de sección transversal poco frecuentes. Estos requisitos dan como resultado un ancho de banda de generación de eventos agregado de hasta 2,5 GB/s y una capacidad de almacenamiento de hasta 1,25 GB/s, lo que da un total de más de 1 PByte de datos cada año. Como se muestra en la figura, ALICE necesita una capacidad de almacenamiento de datos que supera con creces la de la generación actual de experimentos. Esta velocidad de datos equivale a seis veces el contenido de la Encyclopædia Britannica por segundo.
El hardware del sistema DAQ de ALICE [34] se basa principalmente en componentes básicos: PC con Linux y conmutadores Ethernet estándar para la red de eventos. Las prestaciones requeridas se consiguen mediante la interconexión de cientos de estos PC en una gran red DAQ. El marco de software del DAQ de ALICE se llama DATE (ALICE Data Acquisition and Test Environment). DATE ya se utiliza hoy en día, durante la fase de construcción y prueba del experimento, mientras evoluciona gradualmente hacia el sistema de producción final. Además, AFFAIR (A Flexible Fabric and Application Information Recorder) es el software de monitorización del rendimiento desarrollado por el proyecto ALICE Data Acquisition. AFFAIR se basa principalmente en código fuente abierto y se compone de los siguientes componentes: recopilación de datos, comunicación entre nodos empleando DIM, almacenamiento de base de datos round robin rápido y temporal, y almacenamiento permanente y generación de gráficos utilizando ROOT.
Por último, el sistema de almacenamiento masivo (MSS) del experimento ALICE combina un ancho de banda muy alto (1,25 GB/s) y almacena cada año enormes cantidades de datos, más de 1 Pbyte. El sistema de almacenamiento masivo está formado por: a) el almacenamiento global de datos (GDS), que se encarga del almacenamiento temporal de los datos en el centro experimental; b) el almacenamiento permanente de datos (PDS), que se encarga del archivo a largo plazo de los datos en el centro de computación del CERN y, por último, por el software del sistema de almacenamiento masivo, que gestiona la creación, el acceso y el archivo de los datos.
El programa de física de ALICE incluye los siguientes temas principales: i) el estudio de la termalización de los partones en el QGP con foco en los quarks masivos lovely beauty y entendiendo el comportamiento de estos quarks pesados en relación al medio fuertemente acoplado del QGP, ii) el estudio de los mecanismos de pérdida de energía que ocurren en el medio y las dependencias de la pérdida de energía en las especies de partones, iii) la disociación de los estados de quarkonium que puede ser una sonda de desconfinamiento y de la temperatura del medio y finalmente la producción de fotones térmicos y dileptones de baja masa emitidos por el QGP que trata de evaluar la temperatura inicial y los grados de libertad de los sistemas así como la naturaleza quiral de la transición de fase.
La colaboración ALICE presentó sus primeros resultados de colisiones de protones en el LHC a una energía en el centro de masas de 7 TeV en marzo de 2010. [35] Los resultados confirmaron que la multiplicidad de partículas cargadas aumenta con la energía más rápido de lo esperado, mientras que la forma de la distribución de la multiplicidad no se reproduce bien mediante simulaciones estándar. Los resultados se basaron en el análisis de una muestra de 300.000 colisiones protón-protón que el experimento ALICE recopiló durante las primeras ejecuciones del LHC con haces estables a una energía en el centro de masas, √s, de 7 TeV.
En 2011, la Colaboración ALICE midió el tamaño del sistema creado en colisiones Pb-Pb a una energía en el centro de masas de 2,76 TeV por par de nucleones. [36] ALICE confirmó que la materia de QCD creada en colisiones Pb-Pb se comporta como un fluido, con fuertes movimientos colectivos que están bien descritos por ecuaciones hidrodinámicas. La bola de fuego formada en colisiones nucleares en el LHC es más caliente, vive más tiempo y se expande a un tamaño mayor que el medio que se formó en colisiones de iones pesados en el RHIC. Las mediciones de multiplicidad realizadas por el experimento ALICE muestran que el sistema inicialmente tiene una densidad de energía mucho mayor y es al menos un 30% más caliente que en el RHIC, lo que resulta en aproximadamente el doble de multiplicidad de partículas para cada par de nucleones en colisión (Aamodt et al. 2010a). Análisis adicionales, en particular aquellos que tengan en cuenta la dependencia total de estos observables con respecto a la centralidad, proporcionarán más información sobre las propiedades del sistema (como las velocidades iniciales, la ecuación de estado y la viscosidad del fluido) y limitarán en gran medida el modelado teórico de las colisiones de iones pesados.
Las colisiones nucleares descentradas, con un parámetro de impacto finito, crean una bola de fuego "en forma de almendra" fuertemente asimétrica. Sin embargo, los experimentos no pueden medir las dimensiones espaciales de la interacción (excepto en casos especiales, por ejemplo en la producción de piones, véase [37] ). En cambio, miden las distribuciones de momento de las partículas emitidas. Una correlación entre la distribución de momento azimutal medida de las partículas emitidas desde la bola de fuego en descomposición y la asimetría espacial inicial solo puede surgir de múltiples interacciones entre los constituyentes de la materia creada; en otras palabras, nos dice cómo fluye la materia, lo que está relacionado con su ecuación de estado y sus propiedades de transporte termodinámico. [38]
La distribución azimutal medida de las partículas en el espacio de momento se puede descomponer en coeficientes de Fourier. El segundo coeficiente de Fourier (v2), llamado flujo elíptico, es particularmente sensible a la fricción interna o viscosidad del fluido, o más precisamente, η/s, la relación entre la viscosidad de corte (η) y la entropía (s) del sistema. Para un buen fluido como el agua, la relación η/s es pequeña. Un líquido "espeso", como la miel, tiene valores altos de η/s.
En las colisiones de iones pesados en el LHC, la colaboración ALICE descubrió que la materia caliente creada en la colisión se comporta como un fluido con poca fricción, con η/s cerca de su límite inferior (viscosidad casi cero). Con estas mediciones, ALICE acaba de comenzar a explorar la dependencia de η/s con la temperatura y anticipamos muchas más mediciones en profundidad relacionadas con el flujo en el LHC que limitarán aún más las características hidrodinámicas del QGP.
En agosto de 2012, los científicos de ALICE anunciaron que sus experimentos produjeron plasma de quarks y gluones con una temperatura de alrededor de 5,5 billones de kelvins , la masa de temperatura más alta alcanzada en cualquier experimento físico hasta el momento. [39] Esta temperatura es aproximadamente un 38% más alta que el récord anterior de aproximadamente 4 billones de kelvins, logrado en los experimentos de 2010 en el Laboratorio Nacional de Brookhaven . [40]
Los resultados de ALICE se anunciaron en la conferencia Quark Matter 2012 del 13 de agosto en Washington, DC. El plasma de quarks y gluones producido por estos experimentos se aproxima a las condiciones del universo que existían microsegundos después del Big Bang , antes de que la materia se fusionara en átomos . [41]
Un proceso básico en la QCD es la pérdida de energía de un partón rápido en un medio compuesto de cargas de color. Este fenómeno, "extinción de chorro", es especialmente útil en el estudio del QGP, utilizando los productos naturales (chorros) de la dispersión dura de quarks y gluones de los núcleos entrantes. Un partón altamente energético (una carga de color) sondea el medio coloreado de manera similar a como un rayo X sondea la materia ordinaria. La producción de estas sondas partónicas en colisiones hadrónicas se entiende bien dentro de la QCD perturbativa. La teoría también muestra que un partón que atraviesa el medio perderá una fracción de su energía al emitir muchos gluones blandos (de baja energía). La cantidad de energía irradiada es proporcional a la densidad del medio y al cuadrado de la longitud del camino recorrido por el partón en el medio. La teoría también predice que la pérdida de energía depende del sabor del partón.
El enfriamiento de los chorros se observó por primera vez en el RHIC midiendo la producción de hadrones con un momento transversal elevado. Estas partículas se producen mediante la fragmentación de partones energéticos. Se descubrió que la producción de estas partículas de alto pT en colisiones de núcleo-núcleo centrales era un factor cinco menor de lo esperado a partir de las mediciones en reacciones protón-protón. ALICE ha publicado recientemente la medición de partículas cargadas en colisiones centrales de iones pesados en el LHC. Al igual que en el RHIC, la producción de hadrones de alto pT en el LHC está fuertemente suprimida. Sin embargo, las observaciones en el LHC muestran características cualitativamente nuevas. La observación de ALICE es coherente con los informes de las colaboraciones ATLAS y CMS sobre evidencia directa de pérdida de energía de partones dentro de colisiones de iones pesados utilizando chorros consecutivos completamente reconstruidos de partículas asociadas con dispersiones de partones duros. [42] Los dos últimos experimentos han demostrado un fuerte desequilibrio energético entre el chorro y su compañero que retrocede (G Aad et al. 2010 y colaboración CMS 2011). Se cree que este desequilibrio surge porque uno de los chorros atravesó la materia caliente y densa, transfiriendo una fracción sustancial de su energía al medio de una manera que no se recupera con la reconstrucción de los chorros.
Los quarkonia son estados ligados de quarks de sabor pesados (charm o bottom) y sus antiquarks. Se han estudiado ampliamente dos tipos de quarkonia: charmonia, que consiste en un quark charm y un anti-charm, y bottomonia, formada por un quark bottom y un anti-bottom. Los quarks charm y anticharm en presencia del plasma de quarks y gluones, en el que hay muchas cargas de color libres, ya no pueden verse entre sí y, por lo tanto, no pueden formar estados ligados. La "fusión" de quarkonia en el QGP se manifiesta en la supresión de los rendimientos de quarkonium en comparación con la producción sin la presencia del QGP. La búsqueda de la supresión de quarkonia como una firma del QGP comenzó hace 25 años. Los primeros resultados de ALICE para hadrones encantadores en colisiones PbPb a una energía en el centro de masa √sNN = 2,76 TeV indican una fuerte pérdida de energía en el medio para los quarks encantadores y extraños, lo que es una indicación de la formación del medio caliente de QGP. [43]
A medida que aumenta la temperatura, también lo hace el apantallamiento de color, lo que da como resultado una mayor supresión de los estados de quarkonium, ya que es más difícil que los estados charm-anticharm o bottom-antibottom formen nuevos estados ligados. A temperaturas muy altas, no se espera que sobrevivan los estados de quarkonium; se funden en el QGP. Por lo tanto, la supresión secuencial de quarkonia se considera un termómetro del QGP, ya que los estados con diferentes masas tienen diferentes tamaños y se espera que se filtren y se disocien a diferentes temperaturas. Sin embargo, a medida que aumenta la energía de colisión, también lo hace el número de quarks charm-anticharm que pueden formar estados ligados, y puede aparecer un mecanismo de equilibrio de recombinación de quarkonia a medida que avanzamos hacia energías más altas.
Los resultados de la primera ejecución de ALICE son bastante sorprendentes, en comparación con las observaciones realizadas a energías más bajas. Si bien se observa una supresión similar en las energías del LHC para las colisiones periféricas, al avanzar hacia colisiones más frontales (cuantificadas por el número creciente de nucleones en los núcleos principales que participan en la interacción), la supresión ya no aumenta. Por lo tanto, a pesar de las temperaturas más altas alcanzadas en las colisiones nucleares en el LHC, el experimento ALICE detecta más mesones J/ψ en Pb–Pb con respecto a p–p. Es probable que este efecto esté relacionado con un proceso de regeneración que ocurre en el límite de temperatura entre el QGP y un gas caliente de hadrones.
La supresión de los estados de charmonium también se observó en colisiones protón-plomo en el LHC, en las que no se forma el Plasma de Quark-Gluón. Esto sugiere que la supresión observada en las colisiones protón-núcleo (pA) se debe a efectos de materia nuclear fría. Para captar la riqueza de los resultados experimentales es necesario comprender la modificación del medio de la quarkonia y desentrañar los efectos de la materia fría y caliente. Hoy en día hay una gran cantidad de datos disponibles del RHIC y el LHC sobre la supresión del charmonium y el bottomonium y ALICE intenta distinguir entre los efectos debidos a la formación del QGP y los efectos de la materia nuclear fría.
El análisis de los datos de las colisiones p-Pb en el LHC reveló una estructura de doble cresta completamente inesperada, de origen hasta ahora desconocido. Las colisiones protón-plomo (p–Pb) en 2013, dos años después de las colisiones de iones pesados, abrieron un nuevo capítulo en la exploración de las propiedades del estado desconfinado y quiralmente simétrico del QGP. Una sorprendente correlación de lado cercano, de largo alcance (alargada en pseudorapidez), que forma una estructura similar a una cresta observada en colisiones pp de alta multiplicidad, también se encontró en colisiones p–Pb de alta multiplicidad, pero con una amplitud mucho mayor. [44] Sin embargo, la mayor sorpresa provino de la observación de que esta cresta del lado cercano está acompañada por una cresta del lado lejano esencialmente simétrica, opuesta en acimut (CERN Courier marzo de 2013 pág. 6). Esta doble cresta se reveló después de que se suprimieran las correlaciones de corto alcance que surgen de la fragmentación de chorros y las desintegraciones de resonancia restando la distribución de correlación medida para eventos de baja multiplicidad de la correspondiente a eventos de alta multiplicidad.
Se han atribuido estructuras de largo alcance similares en colisiones de iones pesados al flujo colectivo de partículas emitidas desde un sistema termalizado que experimenta una expansión hidrodinámica colectiva. Esta anisotropía se puede caracterizar por medio de los coeficientes vn (n = 2, 3, ...) de una descomposición de Fourier de la distribución azimutal de partículas individuales. Para probar aún más la posible presencia de fenómenos colectivos, la colaboración ALICE ha extendido el análisis de correlación de dos partículas a partículas identificadas, verificando un posible ordenamiento de masas de los coeficientes armónicos v2. Tal ordenamiento en masa se observó en colisiones de iones pesados, donde se interpretó que surge de un impulso radial común -el llamado flujo radial- acoplado a la anisotropía en el espacio de momento. Continuando con las sorpresas, se ha medido un claro ordenamiento de masas de partículas, similar al observado en colisiones Pb-Pb centrales medias (CERN Courier, septiembre de 2013), en colisiones p-Pb de alta multiplicidad.
La última sorpresa, hasta ahora, proviene de los estados de charmonium. Mientras que la producción de J/ψ no revela ningún comportamiento inesperado, la producción del estado más pesado y menos ligado (2S) indica una fuerte supresión (0,5-0,7) con respecto a J/ψ, en comparación con las colisiones p–p. ¿Es esto un indicio de efectos del medio? De hecho, en las colisiones de iones pesados, dicha supresión se ha interpretado como una fusión secuencial de los estados de quarkonia, dependiendo de su energía de enlace y de la temperatura del QGP creado en estas colisiones.
La primera campaña de medición de p–Pb tuvo como resultado esperados observaciones inesperadas. Entre los resultados esperados se encuentra la confirmación de que las colisiones protón-núcleo proporcionan una herramienta apropiada para estudiar en detalle la estructura partónica de la materia nuclear fría. Las sorpresas han surgido de la similitud de varios observables entre las colisiones p–Pb y Pb–Pb, que apuntan a la existencia de fenómenos colectivos en las colisiones p–Pb con una alta multiplicidad de partículas y, eventualmente, la formación de QGP. [45]
La principal actividad de actualización de ALICE durante la primera parada prolongada del LHC fue la instalación del calorímetro dijet (DCAL), una extensión del sistema EMCAL existente que añade 60° de aceptación azimutal frente a los 120° de aceptación actuales del EMCAL. Este nuevo subdetector se instalará en la parte inferior del imán solenoide, que actualmente alberga tres módulos del espectrómetro de fotones (PHOS). Además, se instalará un sistema de raíles y una base completamente nuevos para soportar los tres módulos PHOS y los ocho módulos DCAL, que juntos pesan más de 100 toneladas. A continuación se instalarán cinco módulos del TRD, completando así este complejo sistema de detectores, que consta de 18 unidades.
Además de estas actividades principales del detector, los 18 subdetectores ALICE experimentaron mejoras importantes durante LS1 mientras se reemplazaban las computadoras y los discos de los sistemas en línea, seguido de actualizaciones de los sistemas operativos y el software en línea.
Todos estos esfuerzos tienen como objetivo garantizar que ALICE esté en buenas condiciones para el período de funcionamiento de tres años del LHC después de LS1, cuando la colaboración espera colisiones de iones pesados en la energía máxima del LHC de 5,5 TeV/nucleón a luminosidades superiores a 1027 Hz/cm 2 .
La colaboración ALICE tiene planes para una importante actualización durante el próximo cierre prolongado, LS2, que estaba previsto para 2018. Luego, todo el rastreador de silicio será reemplazado por un sistema rastreador de píxeles monolíticos construido a partir de chips ALPIDE; la cámara de proyección de tiempo se actualizará con detectores de multiplicadores de electrones gaseosos (GEM) para la lectura continua y el uso de nueva microelectrónica; y todos los demás subdetectores y los sistemas en línea se prepararán para un aumento de 100 veces en el número de eventos escritos en cinta.
Medios relacionados con ALICE en Wikimedia Commons