ALICE får grønt lys til nye underdetektorer

To detektoropgraderinger af ALICE, det dedikerede fysikeksperiment med tunge ioner ved Large Hadron Collider (LHC), er for nylig blevet godkendt til installation under den næste lange nedlukning af LHC, som vil finde sted fra 2026 til 2028. Den første er en opgradering af de inderste tre lag af det indre sporingssystem (ITS3), og det andet er et nyt fremad kalorimeter (FoCal), optimeret til fotondetektion i fremadgående retning af ALICE-detektoren.

Højenergikollisioner af tunge ioner som blykerner ved LHC genskaber kvark-gluon-plasma:den varmeste og tætteste væske, der nogensinde er studeret i et laboratorium. Udover at studere egenskaberne af kvark-gluon plasma, dækker ALICE-programmet en bred vifte af emner, der involverer stærk interaktion, såsom bestemmelse af strukturen af ​​kerner og interaktionen mellem ustabile partikler, som præsenteret i artiklen "En rejse gennem kvark-gluonen plasma og videre."

Indre sporingssystem (ITS3)

ALICEs nuværende indre sporingssystem, installeret til den igangværende LHC-kørsel, er verdens hidtil største pixeldetektor med 10 m ² aktivt siliciumareal og næsten 13 milliarder pixels. Det nye indre sporingssystem, ITS3, bygger på den vellykkede brug af monolitiske aktive pixelsensorer og tager dette koncept til næste niveau.

"ALICE er som et højopløsningskamera, der fanger indviklede detaljer om partikelinteraktioner. ITS3 er klar til at øge sporopløsningen med en faktor på 2 sammenlignet med den nuværende ITS-detektor," sagde Alex Kluge og Magnus Mager, projektledere af ITS3. "Dette vil kraftigt forbedre målingerne af termisk stråling, der udsendes af kvark-gluon-plasmaet og give indsigt i samspillet mellem charme- og skønhedskvarker, når de forplanter sig gennem plasmaet."

ITS3-sensorerne er 50 µm tykke og så store som 26×10 cm ² . For at opnå dette blev en ny syningsteknologi brugt til at forbinde individuelle sensorer sammen til en stor struktur. Disse sensorer kan nu bøjes rundt om beampipen i en virkelig cylindrisk form. Det første lag placeres kun 2 mm fra beampipen og 19 mm fra interaktionspunktet. Det kan nu køles med luft i stedet for vand og har en meget lettere støttestruktur, hvilket reducerer materialerne og deres effekt på partikelbanerne i detektoren betydeligt.

Forward Calorimeter (FoCal)

FoCal-detektoren består af et elektromagnetisk kalorimeter (FoCal-E) og et hadronisk kalorimeter (FoCal-H). FoCal-E er et meget granulært kalorimeter sammensat af 18 lag siliciumpudesensorer, hver så små som 1×1 cm ² , og to ekstra speciallag med pixels på 30×30 μm ² . FoCal-H er lavet af kobber kapillarrør og scintillerende fibre.

"Ved at måle inkluderende fotoner og deres korrelationer med neutrale mesoner og produktionen af ​​jetfly og charmonia giver FoCal en unik mulighed for en systematisk udforskning af QCD på lille Bjorken-x. FoCal udvider anvendelsesområdet for ALICE ved at tilføje nye muligheder for at udforske small-x parton struktur af nukleoner og kerner," sagde Constantin Loizides, projektleder for FoCal i ALICE-samarbejdet.

De nybyggede FoCal-prototyper er for nylig blevet testet med stråler i CERN-acceleratorkomplekset ved Proton Synchrotron og Super Proton Synchrotron, hvilket viser deres ydeevne i overensstemmelse med forventningerne fra detektorsimuleringer.

ITS3- og FoCal-projekterne har nået den vigtige milepæl at færdiggøre deres tekniske designrapporter, som blev godkendt af CERN-revisionsudvalgene i marts 2024. Byggefasen af ​​ITS3 og FoCal starter nu, med detektorerne, der skal installeres i begyndelsen af ​​2028 i for at være klar til dataoptagelse i 2029.

Leveret af CERN