Com enormes portas vermelhas pesando 350 toneladas cada, é preciso mais do que pronunciar "gergelim aberto" para abrir o detector ALICE. Atrás das portas está o funcionamento interno de um detector exclusivo construído para estudar as condições da matéria momentos após o nascimento do Universo, condições que são recriadas no LHC.

Quando o complexo de aceleradores CERN foi desligado em dezembro de 2018, cientistas e técnicos entraram na caverna ALICE, 56 metros no subsolo, para abrir a blindagem maciça ao redor do ímã e começar a trabalhar no detector. Este trabalho de manutenção e atualização durará dois anos, o tempo que o CERN alocou para um intervalo técnico denominado Long Shutdown 2 (LS2). Para ALICE, As atividades da LS2 começaram em um ritmo rápido, com um programa completo planejado de atualizações ou substituições de subdetectores, bem como de sistemas de gatilho e aquisição de dados.

ALICE se dedica ao estudo do plasma quark-gluon (QGP), um estado da matéria que prevaleceu nos primeiros instantes do Universo. Ao colidir partículas, ou seja, prótons e núcleos principais, do Grande Colisor de Hádrons (LHC), ALICE pode coletar dados na fronteira de alta energia.

Maior luminosidade, primeiro em 2021 e depois no projeto High-Luminosity LHC (HL-LHC), vai abrir um leque de possibilidades e desafios para ALICE. Um aumento na luminosidade - uma medida do número de colisões por unidade de tempo - permitirá que ALICE estude fenômenos raros e realize medições de alta precisão, lançando luz sobre a termodinâmica, evolução e fluxo do QGP, bem como nas interações de quark e gluon.

Durante esta atualização, um tubo de feixe de diâmetro menor substituirá o existente de ALICE. Dentro do tubo de feixe, as partículas viajam quase na velocidade da luz e se chocam dentro do núcleo do detector, gerando muitas novas partículas. Os cientistas estão interessados ​​em determinar a posição do ponto de interação, e reduzir o diâmetro do tubo de feixe melhora essa medição por um fator de três em relação ao detector atual. ALICE também se tornará melhor na detecção de partículas com uma vida útil mais curta, ou seja, aqueles que decaem mais perto do ponto de interação.

A necessidade de um novo tubo de viga está ligada à substituição do sistema de rastreamento interno (ITS), que o rodeia. O novo ITS será equipado com soluções inovadoras, chips de sensores compactos de pixel. Este sistema de rastreamento mede as propriedades das partículas que emergem das colisões, portanto, deve ser de ação rápida e granularidade para lidar com as taxas de colisão mais altas no futuro. O novo sistema melhorará drasticamente a capacidade do detector de localizar e reconstruir as trajetórias das partículas.

O sensor e os chips de leitura embutidos na mesma peça de silício para o novo sistema de rastreamento interno também serão empregados no rastreador de muon (MFT), que rastreia múons perto do tubo de feixe. Isso promete excelente resolução espacial, tornando ALICE não apenas mais sensível a várias medições, mas também capaz de acessar novos atualmente fora do alcance.

Uma grande atualização da câmara de projeção de tempo ALICE (TPC), um cilindro de 88 metros cúbicos cheio de gás e detectores de leitura que seguem as trajetórias das partículas em 3-D, também está em andamento. Partículas carregadas que se espalham do ponto de colisão ionizam o gás ao longo de seu caminho, liberando nuvens de elétrons que derivam em direção às placas terminais do cilindro. Estes constituem um sinal que é amplificado e depois lido. A leitura atual, com base na tecnologia de câmara proporcional multi-fio, não será capaz de lidar com o aumento das taxas de interação, portanto, ele será substituído por câmaras de multiplicador de elétrons de gás (GEM) de vários estágios. Esta atualização aumentará a taxa de leitura do detector em cerca de duas ordens de magnitude.

Além disso, um novo detector de gatilho de interação rápida (FIT) detectará partículas que se espalham com um pequeno ângulo em relação à direção do feixe e substituirá três detectores de gatilho atuais. Isso removerá sinais indesejados, incluindo interações do feixe com o gás residual no tubo do feixe.

Um fator de ganho de 100 nas estatísticas

Como consequência do aumento da luminosidade e da taxa de interação, uma quantidade significativamente maior de dados terá que ser processada e selecionada. Eletrônica mais poderosa, sistemas de processamento de dados e computação foram, portanto, projetados para sustentar alto rendimento e desempenho. A colaboração ALICE está atualmente instalando um novo data center acima do solo para melhorar a capacidade de computação. Quando a nova execução do LHC começar em 2021, o detector significativamente aprimorado oferecerá um fator de ganho de 100 nas estatísticas.

Quando as portas magnéticas de ALICE fecham novamente no verão de 2020, eles vão esconder um instrumento ainda mais poderoso, pronto para embarcar em mais colisões e mais coleta de dados.