Duas atualizações de detectores do ALICE, o experimento dedicado à física de íons pesados ​​no Large Hadron Collider (LHC), foram recentemente aprovadas para instalação durante a próxima longa paralisação do LHC, que ocorrerá de 2026 a 2028. A primeira é uma atualização das três camadas mais internas do Inner Tracking System (ITS3), e a segunda é um novo calorímetro direto (FoCal), otimizado para detecção de fótons na direção direta do detector ALICE.



Colisões de alta energia de íons pesados, como núcleos de chumbo no LHC, recriam o plasma quark-glúon:o fluido mais quente e denso já estudado em laboratório. Além de estudar as propriedades do plasma quark-gluon, o programa ALICE cobre uma ampla gama de tópicos que envolvem interação forte, como a determinação da estrutura dos núcleos e as interações entre partículas instáveis, conforme apresentado no artigo "A Journey through the quark-gluon plasma e além."

Sistema de Rastreamento Interno (ITS3)

O atual Inner Tracking System da ALICE, instalado para a execução contínua do LHC, é o maior detector de pixels do mundo até hoje, com 10 m ² de área ativa de silício e quase 13 bilhões de pixels. O novo Inner Tracking System, ITS3, baseia-se no uso bem-sucedido de sensores monolíticos de pixels ativos e leva esse conceito para o próximo nível.

"ALICE é como uma câmera de alta resolução, capturando detalhes intrincados de interações de partículas. O ITS3 está pronto para aumentar a resolução de apontamento das trilhas por um fator de 2 em comparação com o detector ITS atual", disseram Alex Kluge e Magnus Mager, o líderes de projeto do ITS3. "Isso melhorará fortemente as medições da radiação térmica emitida pelo plasma quark-glúon e fornecerá informações sobre as interações dos quarks charm e beauty quando eles se propagam através do plasma."

Os sensores ITS3 têm 50 µm de espessura e até 26×10 cm ² . Para conseguir isso, uma nova tecnologia de costura foi usada para conectar sensores individuais em uma grande estrutura. Esses sensores agora podem ser dobrados em torno do tubo de luz em um formato verdadeiramente cilíndrico. A primeira camada será colocada a apenas 2 mm do feixe e 19 mm do ponto de interação. Agora pode ser resfriado por ar em vez de água e possui uma estrutura de suporte muito mais leve, reduzindo significativamente os materiais e seu efeito nas trajetórias das partículas observadas no detector.

Calorímetro direto (FoCal)

O detector FoCal consiste em um calorímetro eletromagnético (FoCal-E) e um calorímetro hadrônico (FoCal-H). FoCal-E é um calorímetro altamente granular composto por 18 camadas de sensores de silicone, cada um tão pequeno quanto 1×1 cm ² e duas camadas especiais adicionais com pixels de 30×30 μm ² . FoCal-H é feito de tubos capilares de cobre e fibras cintilantes.

"Ao medir fótons inclusivos e suas correlações com mésons neutros e a produção de jatos e charmenia, o FoCal oferece uma possibilidade única para uma exploração sistemática de QCD no pequeno Bjorken-x. O FoCal amplia o escopo do ALICE adicionando novos recursos para explorar o estrutura small-x parton de núcleons e núcleos", disse Constantin Loizides, líder do projeto FoCal na colaboração ALICE.

Os recém-construídos protótipos FoCal foram recentemente testados com feixes no complexo acelerador do CERN, no Proton Synchrotron e no Super Proton Synchrotron, demonstrando seu desempenho em linha com as expectativas das simulações de detectores.

Os projetos ITS3 e FoCal atingiram o importante marco de conclusão dos seus Relatórios de Projeto Técnico, que foram endossados ​​pelos comitês de revisão do CERN em março de 2024. A fase de construção do ITS3 e FoCal começa agora, com os detectores previstos para serem instalados no início de 2028 em para estar pronto para a coleta de dados em 2029.

Fornecido pelo CERN