Två detektoruppgraderingar av ALICE, det dedikerade fysikexperimentet med tunga joner vid Large Hadron Collider (LHC), har nyligen godkänts för installation under nästa långa avstängning av LHC, som kommer att äga rum från 2026 till 2028. Den första är en uppgradering av de tre innersta lagren i det inre spårningssystemet (ITS3), och det andra är en ny framåtkalorimeter (FoCal), optimerad för fotondetektion i ALICE-detektorns riktning framåt.
Högenergikollisioner av tunga joner som blykärnor vid LHC återskapar kvarg-gluonplasma:den hetaste och tätaste vätskan som någonsin studerats i ett laboratorium. Förutom att studera egenskaperna hos kvarg-gluonplasma, täcker ALICE-programmet ett brett spektrum av ämnen som involverar stark interaktion, såsom att bestämma strukturen hos kärnor och interaktionerna mellan instabila partiklar, som presenteras i artikeln "En resa genom kvark-gluonen" plasma och vidare."
ALICEs nuvarande inre spårningssystem, installerat för den pågående LHC-körningen, är världens hittills största pixeldetektor, med 10 m 2 aktiv kiselarea och nästan 13 miljarder pixlar. Det nya inre spårningssystemet, ITS3, bygger på den framgångsrika användningen av monolitiska aktiva pixelsensorer och tar detta koncept till nästa nivå.
"ALICE är som en högupplöst kamera, som fångar intrikata detaljer av partikelinteraktioner. ITS3 är redo att öka spårens pekupplösning med en faktor 2 jämfört med den nuvarande ITS-detektorn", säger Alex Kluge och Magnus Mager, projektledare för ITS3. "Detta kommer att kraftigt förbättra mätningarna av termisk strålning som emitteras av kvark-gluonplasman och ge insikter i interaktionen mellan charm- och skönhetskvarkar när de fortplantar sig genom plasman."
ITS3-sensorerna är 50 µm tjocka och så stora som 26×10 cm 2 . För att uppnå detta användes en ny sömnadsteknik för att koppla samman enskilda sensorer till en stor struktur. Dessa sensorer kan nu böjas runt beampipen i en verkligt cylindrisk form. Det första lagret kommer att placeras endast 2 mm från beampipen och 19 mm från interaktionspunkten. Den kan nu kylas med luft istället för vatten och har en mycket lättare stödstruktur, vilket avsevärt minskar materialen och deras effekt på partikelbanorna som ses i detektorn.
FoCal-detektorn består av en elektromagnetisk kalorimeter (FoCal-E) och en hadronisk kalorimeter (FoCal-H). FoCal-E är en mycket granulär kalorimeter som består av 18 lager av sensorer av silikonkuddar, var och en så liten som 1×1 cm 2 , och ytterligare två speciallager med pixlar på 30×30 μm 2 . FoCal-H är gjord av kapillärrör av koppar och scintillerande fibrer.
"Genom att mäta inkluderande fotoner och deras korrelationer med neutrala mesoner, och produktionen av jets och charmonia, erbjuder FoCal en unik möjlighet för en systematisk utforskning av QCD på lilla Bjorken-x. FoCal utökar omfattningen av ALICE genom att lägga till nya möjligheter för att utforska small-x partonstruktur av nukleoner och kärnor", säger Constantin Loizides, projektledare för FoCal vid ALICE-samarbetet.
De nybyggda FoCal-prototyperna har nyligen testats med strålar i CERN-acceleratorkomplexet, vid Proton Synchrotron och Super Proton Synchrotron, vilket visar deras prestanda i linje med förväntningarna från detektorsimuleringar.
ITS3- och FoCal-projekten har nått den viktiga milstolpen att slutföra sina tekniska designrapporter, som godkändes av CERN:s granskningskommittéer i mars 2024. Byggfasen av ITS3 och FoCal börjar nu, med detektorerna som ska installeras i början av 2028 i för att vara redo för datatagning 2029.
Tillhandahålls av CERN
