Med massiva röda dörrar som väger 350 ton vardera, det tar mer än att säga "öppet sesam" för att öppna ALICE -detektorn. Bakom dörrarna ligger de inre funktionerna hos en unik detektor byggd för att studera förhållandena för materia ögonblick efter universums födelse, förhållanden som återskapas i LHC.

När CERN -acceleratorkomplexet stängdes av i december 2018, forskare och tekniker gick in i ALICE -grottan, 56 meter under jorden, för att öppna den massiva avskärmningen runt magneten och börja arbeta med detektorn. Detta underhålls- och uppgraderingsarbete kommer att pågå i två år, den tid CERN har avsatt för en teknisk paus som kallas Long Shutdown 2 (LS2). För ALICE, LS2 -aktiviteterna började i snabb takt, med ett fullständigt program planerat för uppgraderingar eller utbyten av subdetektorer samt av trigger- och datainsamlingssystem.

ALICE är tillägnad studier av kvark-gluonplasma (QGP), ett tillstånd av materia som rådde i de första ögonblicken av universum. Genom att kollidera partiklar, nämligen protoner och blykärnor, från Large Hadron Collider (LHC), ALICE kan skörda data vid högenergigränsen.

Ökad ljusstyrka, först 2021 och senare i projektet High-Luminosity LHC (HL-LHC), kommer att öppna en rad möjligheter och utmaningar för ALICE. En ökning av ljusstyrkan-ett mått på antalet kollisioner per tidsenhet-gör att ALICE kan studera sällsynta fenomen och utföra högprecisionsmätningar, belyser termodynamiken, utveckling och flöde av QGP, liksom på kvark- och gluoninteraktioner.

Under denna uppgradering, ett strålrör med mindre diameter kommer att ersätta ALICE:s befintliga. Inuti strålröret, partiklar färdas med nästan ljusets hastighet och slår samman inuti kärnan i detektorn, genererar många nya partiklar. Forskare är intresserade av att bestämma positionen för interaktionspunkten, och minskning av strålrörets diameter förbättrar denna mätning med en faktor tre med avseende på föreliggande detektor. ALICE kommer också att bli bättre på att upptäcka partiklar med kortare livslängd, dvs de som förfaller närmare interaktionspunkten.

Behovet av ett nytt strålrör är kopplat till byte av det inre spårningssystemet (ITS), som omger den. Den nya ITS kommer att utrustas med innovativa, kompakta pixelsensorchips. Detta spårningssystem mäter egenskaperna hos partiklarna som kommer från kollisionerna, så det måste vara snabbverkande och finkornigt för att hantera de högre kollisionshastigheterna i framtiden. Det nya systemet kommer dramatiskt att förbättra detektorns förmåga att identifiera och rekonstruera partikelbanorna.

Sensorn och avläsningsflisarna inbyggda i samma kiselbit för det nya inre spårningssystemet kommer också att användas i muon forward tracker (MFT), som spårar muoner nära strålröret. Detta lovar utmärkt rumslig upplösning, gör ALICE inte bara mer känslig för flera mätningar, men också tillgång till nya som för närvarande är utom räckhåll.

En stor uppgradering av ALICE tidsprojektionskammare (TPC), en cylinder på 88 kubikmeter fylld med gas- och avläsningsdetektorer som följer partiklarnas banor i 3D, pågår också. Laddade partiklar som sprutar ut från kollisionspunkten joniserar gasen längs deras väg, frigörande moln av elektroner som driver mot cylinderns ändplattor. Dessa utgör en signal som förstärks och sedan läses. Den aktuella avläsningen, baserad på flertrådig proportionell kammarteknik, kommer inte att klara ökade interaktionshastigheter, så det kommer att ersättas med flerstegs gaselektronmultiplikator (GEM) kammare. Denna uppgradering kommer att öka detektorns avläsningshastighet med cirka två storleksordningar.

Dessutom, en ny snabbinteraktionsutlösningsdetektor (FIT) kommer att upptäcka partiklar som sprids med en liten vinkel i förhållande till strålriktningen och kommer att ersätta tre nuvarande triggdetektorer. Det tar bort oönskade signaler, inklusive strålningens interaktioner med restgasen i strålröret.

En faktor på 100 vinst i statistik

Som en konsekvens av den ökade ljusstyrkan och interaktionshastigheten, en betydligt större mängd data måste bearbetas och väljas. Mer kraftfull elektronik, databehandlings- och datorsystem har därför utformats för att upprätthålla hög genomströmning och prestanda. ALICE -samarbetet installerar för närvarande ett nytt datacenter över marken för att förbättra datorkapaciteten. När den nya LHC -körningen startar 2021, den avsevärt förbättrade detektorn kommer att ge en faktor på 100 vinst i statistik.

När ALICES magnetdörrar stängs igen sommaren 2020, de kommer att dölja ett ännu kraftfullare instrument, redo att påbörja fler kollisioner och mer datatagande.