Met massieve rode deuren van elk 350 ton, er is meer nodig dan het uitspreken van "sesam openen" om de ALICE-detector te openen. Achter de deuren bevindt zich de innerlijke werking van een unieke detector die is gebouwd om de toestand van materie te bestuderen, momenten na de geboorte van het heelal, omstandigheden die worden nagebootst in de LHC.

Toen het CERN-versnellercomplex in december 2018 werd uitgeschakeld, wetenschappers en technici gingen de ALICE-grot binnen, 56 meter onder de grond, om de enorme afscherming rond de magneet te openen en aan de detector te gaan werken. Deze onderhouds- en upgradewerkzaamheden zullen twee jaar duren, de tijd die CERN heeft gereserveerd voor een technische pauze genaamd Long Shutdown 2 (LS2). Voor ALICE, LS2-activiteiten begonnen in een snel tempo, met een volledig programma gepland voor upgrades of vervangingen van subdetectoren, evenals van trigger- en data-acquisitiesystemen.

ALICE is gewijd aan de studie van quark-gluon plasma (QGP), een toestand van materie die heerste in de eerste ogenblikken van het heelal. Door botsende deeltjes, namelijk protonen en loodkernen, van de Large Hadron Collider (LHC), ALICE kan data oogsten aan de hoogenergetische grens.

Verhoogde helderheid, eerst in 2021 en later in het High-Luminosity LHC (HL-LHC) project, zal een scala aan mogelijkheden en uitdagingen voor ALICE openen. Een toename van de helderheid - een maat voor het aantal botsingen per tijdseenheid - zal ALICE in staat stellen zeldzame verschijnselen te bestuderen en zeer nauwkeurige metingen uit te voeren, licht werpen op de thermodynamica, evolutie en stroom van de QGP, evenals op quark- en gluon-interacties.

Tijdens deze upgrade een straalpijp met een kleinere diameter zal de bestaande van ALICE vervangen. Binnen de straalpijp, deeltjes reizen met bijna de snelheid van het licht en vallen samen in de kern van de detector, waardoor veel nieuwe deeltjes ontstaan. Wetenschappers zijn geïnteresseerd in het bepalen van de positie van het interactiepunt, en het verkleinen van de diameter van de bundelpijp verbetert deze meting met een factor drie ten opzichte van de huidige detector. ALICE zal ook beter worden in het detecteren van deeltjes met een kortere levensduur, dat wil zeggen degenen die dichter bij het interactiepunt vervallen.

De behoefte aan een nieuwe balkbuis hangt samen met de vervanging van het inner tracking system (ITS), die het omringt. De nieuwe ITS zal worden uitgerust met innovatieve, compacte pixelsensorchips. Dit volgsysteem meet de eigenschappen van de deeltjes die uit de botsingen komen, het moet dus snelwerkend en fijnmazig zijn om de hogere aanvaringspercentages in de toekomst aan te kunnen. Het nieuwe systeem zal de capaciteit van de detector om de deeltjesbanen te lokaliseren en te reconstrueren drastisch verbeteren.

De sensor- en uitleeschips die in hetzelfde stuk silicium zijn ingebouwd voor het nieuwe interne volgsysteem, zullen ook worden gebruikt in de muon forward tracker (MFT), die muonen volgt dicht bij de bundelpijp. Dit belooft een uitstekende ruimtelijke resolutie, waardoor ALICE niet alleen gevoeliger is voor verschillende metingen, maar ook in staat om toegang te krijgen tot nieuwe die momenteel onbereikbaar zijn.

Een belangrijke upgrade van de ALICE-tijdprojectiekamer (TPC), een cilinder van 88 kubieke meter gevuld met gas en uitleesdetectoren die de banen van deeltjes in 3D volgt, is ook aan de gang. Geladen deeltjes die vanaf het botsingspunt naar buiten spuiten, ioniseren het gas langs hun pad, bevrijdende wolken van elektronen die naar de eindplaten van de cilinder drijven. Deze vormen een signaal dat wordt versterkt en vervolgens wordt uitgelezen. De huidige uitlezing, gebaseerd op meerdraads proportionele kamertechnologie, niet in staat zullen zijn om verhoogde interactiepercentages aan te kunnen, dus het zal worden vervangen door meertraps gas-elektronenvermenigvuldiger (GEM) kamers. Deze upgrade zal de uitleessnelheid van de detector met ongeveer twee ordes van grootte verhogen.

In aanvulling, een nieuwe snelle interactie-triggerdetector (FIT) zal deeltjes detecteren die onder een kleine hoek ten opzichte van de bundelrichting verstrooien en zal drie huidige trigger-detectoren vervangen. Het zal ongewenste signalen verwijderen, inclusief interacties van de bundel met het restgas in de bundelpijp.

Een factor 100 winst in statistieken

Als gevolg van de toegenomen helderheid en interactiesnelheid, een aanzienlijk grotere hoeveelheid gegevens zal moeten worden verwerkt en geselecteerd. Krachtigere elektronica, gegevensverwerkings- en computersystemen zijn daarom ontworpen om een ​​hoge doorvoer en hoge prestaties te ondersteunen. De ALICE-samenwerking installeert momenteel een nieuw datacenter bovengronds om de rekencapaciteit te verbeteren. Als de nieuwe LHC-run in 2021 begint, de aanzienlijk verbeterde detector zal een factor 100 winst opleveren in statistieken.

Als de magneetdeuren van ALICE in de zomer van 2020 weer sluiten, ze zullen een nog krachtiger instrument verbergen, klaar voor meer botsingen en meer gegevensverzameling.