Wetenschap
ALICE krijgt groen licht voor nieuwe subdetectoren
Twee detectorupgrades van ALICE, het speciale fysica-experiment met zware ionen bij de Large Hadron Collider (LHC), zijn onlangs goedgekeurd voor installatie tijdens de volgende lange sluiting van de LHC, die zal plaatsvinden van 2026 tot 2028. De eerste is een upgrade van de binnenste drie lagen van het Inner Tracking System (ITS3), en de tweede is een nieuwe voorwaartse calorimeter (FoCal), geoptimaliseerd voor fotondetectie in de voorwaartse richting van de ALICE-detector.
Hoogenergetische botsingen van zware ionen zoals loodkernen in de LHC herscheppen quark-gluon-plasma:de heetste en dichtste vloeistof die ooit in een laboratorium is onderzocht. Naast het bestuderen van de eigenschappen van quark-gluonplasma, bestrijkt het ALICE-programma een breed scala aan onderwerpen waarbij sprake is van sterke interactie, zoals het bepalen van de structuur van kernen en de interacties tussen onstabiele deeltjes, zoals gepresenteerd in het artikel "Een reis door het quark-gluon plasma en verder."
Innerlijk volgsysteem (ITS3)
ALICE's huidige Inner Tracking System, geïnstalleerd voor de lopende LHC-run, is 's werelds grootste pixeldetector tot nu toe, met 10 m 2 van actief siliciumoppervlak en bijna 13 miljard pixels. Het nieuwe Inner Tracking System, ITS3, bouwt voort op het succesvolle gebruik van monolithische actieve pixelsensoren en tilt dit concept naar een hoger niveau.
"ALICE is als een camera met hoge resolutie, die ingewikkelde details van deeltjesinteracties vastlegt. ITS3 is er helemaal klaar voor om de richtresolutie van de sporen met een factor 2 te verhogen vergeleken met de huidige ITS-detector", aldus Alex Kluge en Magnus Mager, de projectleiders van ITS3. "Dit zal de metingen van de thermische straling die wordt uitgezonden door het quark-gluon-plasma sterk verbeteren en inzicht verschaffen in de interacties van charme- en schoonheids-quarks wanneer ze zich door het plasma voortplanten."
De ITS3-sensoren zijn 50 µm dik en wel 26×10 cm 2 . Om dit te bereiken werd een nieuwe stiktechnologie gebruikt om individuele sensoren met elkaar te verbinden tot een grote structuur. Deze sensoren kunnen nu in een werkelijk cilindrische vorm rond de straalpijp worden gebogen. De eerste laag wordt slechts 2 mm van de straalpijp en 19 mm van het interactiepunt geplaatst. Het kan nu worden gekoeld met lucht in plaats van met water en heeft een veel lichtere ondersteuningsstructuur, waardoor de materialen en hun effect op de deeltjesbanen in de detector aanzienlijk worden verminderd.
Voorwaartse calorimeter (FoCal)
De FoCal-detector bestaat uit een elektromagnetische calorimeter (FoCal-E) en een hadronische calorimeter (FoCal-H). FoCal-E is een zeer gedetailleerde calorimeter die bestaat uit 18 lagen siliciumpadsensoren, elk zo klein als 1×1 cm 2 , en twee extra speciale lagen met pixels van 30×30 μm 2 . FoCal-H is gemaakt van koperen capillaire buisjes en sprankelende vezels.
"Door het meten van inclusieve fotonen en hun correlaties met neutrale mesonen, en de productie van jets en charmonia, biedt FoCal een unieke mogelijkheid voor een systematische verkenning van QCD bij kleine Bjorken-x. FoCal breidt de reikwijdte van ALICE uit door nieuwe mogelijkheden toe te voegen om de small-x partonstructuur van nucleonen en kernen", zegt Constantin Loizides, projectleider van FoCal bij de ALICE-samenwerking.
De nieuw gebouwde FoCal-prototypes zijn onlangs getest met bundels in het CERN-versnellercomplex, bij de Proton Synchrotron en Super Proton Synchrotron, waarbij hun prestaties worden aangetoond in lijn met de verwachtingen van detectorsimulaties.
De ITS3- en FoCal-projecten hebben de belangrijke mijlpaal bereikt:het voltooien van hun technische ontwerprapporten, die in maart 2024 door de beoordelingscommissies van CERN zijn goedgekeurd. De bouwfase van ITS3 en FoCal begint nu, en de detectoren zullen naar verwachting begin 2028 worden geïnstalleerd. om in 2029 klaar te zijn voor het verzamelen van gegevens.