앨리스 실험

ALICE experiment

좌표:46°15′04.8″N 6°01′12.5″E/46.251333°N 6.020139°E/ 46.251333; 6.020139

앨리스, 대형 이온 충돌기 실험
ALICE all.jpg
앨리스 디텍터의 전체 보기
포메이션1993년 7월 제출된 의향서
본부스위스 제네바
앨리스 대변인 목록
루치아노 무사
페데리코 안티노리
파올로 주벨리노
주르겐 슈크래프트
웹사이트https:///190.cern/
대형 하드론 충돌기
(LHC)
LHC.svg
LHC 실험
ATLASToroidal LHC 장치
CMS컴팩트 뮤온 솔레노이드
LHCBLHC-뷰티
앨리스야.대형 이온 충돌기 실험
토템총 단면, 탄성 산란 및 회절 분해
LHCFLHC-전방
모달LHC에서 단극 및 엑소틱스 검출기
파서ForwArd 검색 ExpeRiment
SND산란 및 중성미자 검출기
LHC 프리액셀러레이터
P와 PB양성자(Linac 4) 및 납(Linac 3)용 선형 가속기
(표시되지 않음)프로토온 싱크로트론 부스터
PS프로톤 싱크로트론
SPS슈퍼 프로톤 싱크로트론

앨리스(A Large Ion Collider 실험)는 CERN의 Large Hadron Collider에서 8개의 검출기 실험 중 하나이다.나머지 7개는 ATLAS, CMS, TOTEM, LHCb, LHCf, MoEDAL 및 FASER이다.

소개

컴퓨터가 실험의 18개의 검출기를 보여주는 앨리스의 잘려진 화면을 생성했다.

앨리스는 핵 쌍당 최대 5.02TeV의 질량 에너지 중심에서 헤비이온(Pb-Pb 핵) 충돌을 연구하도록 최적화되었다.그 결과로 발생하는 온도와 에너지 밀도는 쿼크와 글루온이 자유롭게 되는 물질의 다섯 번째 상태인 쿼크-글루온 플라즈마의 탐사를 가능하게 한다.쿼크와 글루온이 함께 묶여 하이드론과 더 무거운 입자를 형성하기 전에 비슷한 조건이 빅뱅 이후 두 번째 부분에서도 존재했다고 여겨진다.[1]

앨리스는 극도의 에너지 밀도에서 물질들이 강하게 상호작용하는 물리학에 집중하고 있다.쿼크-글루온 플라즈마의 특성과 쿼크 디콘피의 이해는 양자 색역학(QCD)의 핵심 쟁점이다.앨리스가 얻은 결과는 색감축과 치랄 대칭복원에 대한 이해를 확증한다.물질의 원초적 형태인 쿼크 글루온 플라즈마를 재현하고 그것이 어떻게 진화하는지 이해하는 것은 물질이 어떻게 조직되는지, 쿼크와 글루온을 구속하는 메커니즘과 강한 상호작용의 본질 그리고 그것들이 어떻게 보통 물질의 질량의 대부분을 발생시키는지에 대한 의문을 밝혀줄 것으로 기대된다.

양자 색역학(QCD)은 충분히 높은 에너지 밀도에서 쿼크가 핵 입자 내부에 잠겨 있는 기존의 해드론 물질에서 탈핵 쿼크와 글루온의 플라즈마로 단계적 전환이 있을 것으로 예측한다.이 전환의 역행은 우주가 불과 10초밖에−6 되지 않았을 때 일어났다고 믿으며, 오늘날에도 붕괴하는 중성자 별이나 다른 천체물체의 심장부에서 여전히 역할을 하고 있을 것이다.[2][3]

역사

LHC 전용 헤비이온 검출기를 만드는 아이디어는 1992년 3월 역사적인 에비앙 회의 'LHC 실험 프로그램 발표'에서 처음 방송됐다.거기서 제시된 아이디어로부터 앨리스 협업이 결성되어 1993년에 관심의 편지를 제출하였다.[4]

앨리스는 1993년에 중앙 검출기로 처음 제안되었고 이후 1995년에 추가로 설계된 전방 뮤온 분광계로 보완되었다.1997년 앨리스는 LHC 위원회로부터 최종 설계와 건설을 위한 허가를 받았다.[5]

첫 10년은 디자인과 광범위한 연구개발에 투자되었다.다른 모든 LHC 실험과 마찬가지로, 처음부터 LHC의 중이온물리학의 도전도 기존 기술로는 실제로 충족될 수 없다는 것이 분명해졌다.상당한 진보, 그리고 어떤 경우에는 기술적 돌파구가 물리학자들이 그들의 실험을 위해 종이 위에서 꿈꿔왔던 것을 지상에 구축하는데 필요할 것이다.초기에 매우 광범위하고 나중에 더 집중적이고 잘 조직되고 잘 지원된 R&D 노력은 1990년대 대부분에 걸쳐 지속되었으며, 검출기, 전자제품 및 컴퓨팅 분야에서 많은 진화적이고 혁명적인 발전을 가져왔다.

약 15년 후인 90년대 초에 LHC에서 사용할 전용 헤비이온 실험을 설계하는 것은 몇 가지 벅찬 난제를 야기했다.검출기는 대부분의 잠재적 관심 신호를 측정할 수 있는 범용적 목적이어야 하며, 관련성이 나중에 명백해지더라도 유연해야 하며, 새로운 조사 방법이 개방될 때 추가와 수정을 허용해야 했다.두 가지 면에서 앨리스는 꽤 잘 해냈는데, 그 중요성이 나중에야 분명해진 초기 메뉴에 여러 가지 관측 가능한 음식들을 포함했기 때문이다.1995년 뮤온 분광계로부터 1999년 전환 방사선 검출기에서 2007년 추가된 대형 제트 열량계에 이르기까지 다양한 주요 검출 시스템이 추가되었다.

앨리스는 2010년 LHC에서 첫 번째 납 충돌 데이터를 기록했다.2010년과 2011년의 헤비이온 기간 동안 촬영한 데이터 세트와 2013년의 양성자 리드 데이터는 쿼크-글루온 플라즈마의 물리학을 심층적으로 살펴볼 수 있는 탁월한 근거를 제공했다.

2014년 현재 앨리스 검출기는 3년 이상 성공적으로 작동한 후 CERN 가속기 단지의 장기 셧다운 [LS1] 동안 주요 통합 및 업그레이드 프로그램을 거치게 된다.디제트 칼로리미터(DCAL)라는 새로운 서브디텍터가 설치되고 기존 앨리스 서브디텍터 18개가 모두 업그레이드된다.또한 전기와 냉각 시스템을 포함한 앨리스 인프라에 대한 대대적인 개조 작업이 있을 것이다.출판된 과학적 결과의 풍부함과 앨리스의 매우 강렬한 업그레이드 프로그램은 전세계의 수많은 연구소와 과학자들을 끌어들였다.오늘날 앨리스 협회는 41개국의[6] 176개 기관에서 1800명 이상의 회원을 보유하고 있다.

LHC에서 중이온 충돌

QCD에 대한 더 깊은 이해와 쿼크 글루온 플라즈마를 검색하는 것은 1980년대에 CERN과 브룩헤이븐에서 시작되었다.[7][8]오늘날 이 실험실의 프로그램은 중이온의 초경밀성 충돌로 옮겨갔고, 단지 위상 전환이 일어날 것으로 예상되는 에너지 임계값에 도달하고 있다.5.5 TeV/뉴클레온의 질량 중심 에너지를 가진 LHC는 에너지의 도달 범위를 더욱 넓힐 것이다.

LHC에서 납 이온의 정면충돌 동안, 수백 개의 양성자와 중성자가 몇 TeVs 이상의 에너지에서 서로 충돌한다.납 이온은 빛의 속도의 99.9999% 이상으로 가속되고 LHC에서의 충돌은 양성자보다 100배 더 강력하다 - 상호작용 지점에서의 가열 물질은 태양 중심부의 온도보다 거의 10만배 더 높은 온도로 작용한다.

두 개의 납핵이 서로 충돌할 때 물질은 빅뱅 후 몇 마이크로초 후에 우주를 가득 채운 것으로 여겨지는 소위 쿼크-글루온 플라즈마인 원시 물질 한 방울을 잠깐 동안 형성하는 전환을 겪는다.

쿼크-글루온 플라즈마는 양성자와 중성자가 그들의 기본 성분인 쿼크와 글루온이 점증적으로 자유로워지면서 형성된다.QGP의 방울은 순식간에 식어 버리고, 개별 쿼크와 글루온(집단적으로 파톤이라고 함)은 사방으로 속도를 내는 평범한 물질의 눈보라 속으로 재결합한다.[9]이 잔해들은 쿼크와 골동품으로 만들어진 피온과 카온과 같은 입자, 세 개의 쿼크로 이루어진 양성자와 중성자, 그리고 헬륨처럼 무거운 항atoms의 핵을 형성하기 위해 결합될 수 있는 다양한 항정신병자와 항정신병자까지 포함한다.이 파편의 분포와 에너지를 연구함으로써 많은 것을 배울 수 있다.

첫 번째 납-리드 충돌

앨리스 검출기에 의해 기록된 LHC의 첫 번째 납-이온 충돌 중 하나.

거대 하드론 충돌기는 2010년 11월 7일 오전 12시 30분 경 CET에서 첫 납 이온을 파괴했다.[10][11]

앨리스, ATLAS 및 CMS 검출기 중앙에서 첫 번째 충돌은 LHC가 첫 번째 양성자 실행을 종료하고 가속 납-이온 빔으로 전환한 지 72시간도 안 되어 일어났다.각 납핵은 82개의 양성자를 포함하고 있으며, LHC는 각 양성자를 3.5TeV의 에너지로 가속하여 빔당 287TeV의 에너지 또는 총 충돌 에너지 574TeV의 에너지를 생성한다.

각 충돌에서 최대 3,000개의 충전된 입자가 방출되었으며, 여기에는 충돌 지점에서 방사되는 선이 표시된다.선의 색상은 각 입자가 충돌로 인해 얼마나 많은 에너지를 운반했는지를 나타낸다.

LHC에서 양성자 납 충돌

앨리스 실험이 2012년 9월 13일 5.02 TeV의 충돌 핵-핵 쌍 당 질량 에너지 중심에서 기록한 양성자-리드 이온 충돌.

2013년 LHC는 2013년 LHC 최초의 물리학 빔을 위해 양자와 납 이온을 충돌시켰다.[12]이 실험은 양성자와 납 이온의 역회전 빔에 의해 실시되었고, 서로 다른 회전 주파수를 가진 중심 궤도로 시작하여 가속기의 최대 충돌 에너지로 분리되었다.[13]

LHC에서의 첫 번째 납-프로톤 실행은 한 달 동안 지속되었고 데이터는 앨리스 물리학자들이 플라즈마의 영향을 차가운 핵 물질 영향으로부터 분리하고 쿼크-글루온 플라즈마의 연구를 더 조명하는 데 도움을 준다.

납-납 충돌의 경우, 들어오는 납핵의 양성자와 중성자를 구성하는 쿼크와 글루온의 구성은 들어오는 양성자의 구성과 다소 다를 수 있다.납선 충돌과 양성자-양자 충돌을 비교할 때 우리가 보는 효과의 일부가 플라즈마의 형성이 아닌 이 구성 차이에 기인하는지를 연구하기 위해서입니다.양성자-리드 충돌은 이 연구에 이상적인 도구다.

앨리스 탐지기

앨리스의 핵심 설계 고려사항은 이러한 극한 조건 하에서 QCD와 쿼크(deark) 충돌을 연구하는 능력이다.이는 핫 볼륨이 팽창하고 냉각될 때 핫 볼륨 내부에 생성되는 입자를 사용하여 수행되며, 이 입자는 상호작용 영역 주위에 위치한 민감한 검출기 층에 도달할 수 있을 만큼 충분히 오래 산다.앨리스의 물리학 프로그램은 그 모든 것, 즉 그것들이 전자, 광자, 피온 등인지를 판단하고 이들의 전하를 결정하는 데 의존한다.이것은 입자가 물질과 상호작용하는 (때로는 약간) 다른 방법을 최대한 활용하는 것을 포함한다.[14]

"전통적" 실험에서 입자는 검출기에 남겨진 특성 서명으로 식별되거나 최소한 패밀리(충전 또는 중성 하드론)에 할당된다.이 실험은 몇 가지 주요 성분으로 나누어지며 각 성분은 특정 일련의 입자 특성을 시험한다.이 부품들은 층으로 쌓이고 입자들은 충돌 지점으로부터 바깥쪽으로 순차적으로 층을 통과한다: 처음에는 추적 시스템, 다음에는 전자파(EM), 그리고 마지막으로 뮤온 시스템.탐지기들은 탄력과 전하 결정을 위해 충전된 입자의 트랙을 구부리기 위해 자기장에 내장된다.이 입자 식별 방법은 특정 입자에 대해서만 잘 작동하며, 예를 들어 대형 LHC 실험 ATLAS와 CMS에 의해 사용된다. 다만, Pb-Pb 충돌에서 생성되는 서로 다른 충전된 하드론을 구별할 수 없기 때문에 하드론 식별에는 적합하지 않다.

QGP ALIS의 시스템에서 나오는 모든 입자를 식별하기 위해 입자의 질량, 속도 및 전기 기호 정보를 제공하는 18개의 검출기를[15] 사용하고 있다.

배럴 추적

공칭 상호작용 지점을 둘러싸고 있는 원통형 배럴 검출기의 앙상블을 사용하여 뜨겁고 밀도가 높은 매체에서 날아오는 모든 입자를 추적한다.내부 추적 시스템().ITS) (SPD, Silicon Pixel Detector(SPD), Silicon Strip Detector(SSD), Time Projection Chamber(TPC) 및 Transition Radiation Detector(TRD)의 세 가지 검출기 층으로 구성되며, 각 입자의 궤도에 대한 정확한 정보를 제공한다.y. 앨리스 배럴 추적 검출기는 입자의 궤적을 구부리는 거대한 자기 솔레노이드에 의해 생성되는 0.5 테슬라의 자기장에 내장되어 있다.트랙의 곡률에서 탄력을 얻을 수 있다.ITS는 매우 정밀하여 수명이 긴(붕괴 전~.1mm) 다른 입자의 붕괴에 의해 생성되는 입자는 교호작용이 발생한 지점(사건의 "버텍스")에서 비롯되지 않고 오히려 밀리미터의 10분의 1 정도의 거리에 있는 지점에서 발생한다는 것을 확인함으로써 식별할 수 있다.이를 통해 예를 들어 상대적으로 수명이 긴 B-meson으로 부패하는 바닥 쿼크를 "위상학적" 컷을 통해 측정할 수 있다.

내부 추적 시스템

앨리스 내부 추적 시스템 설치

짧은 생물의 무거운 입자들은 썩기 전에 아주 작은 거리를 덮고 있다.이 시스템은 붕괴가 발생하는 위치를 10분의 1 밀리미터의 정밀도로 측정하여 이러한 붕괴 현상을 식별하는 것을 목적으로 한다.[16]

내부 추적 시스템(ITS)은 6개의 원통형 실리콘 검출기로 구성된다.층은 충돌 지점을 둘러싸고 충돌에서 발생하는 입자의 특성을 측정하여 통과 위치를 밀리미터의 일부분으로 핀으로 가리킨다.[17]ITS의 도움을 받아 묵직한 쿼크(charm and beauty)를 함유한 입자가 썩는 좌표를 재구성해 식별할 수 있다.

ITS 도면층(상호작용 지점에서 카운트):

ITS는 대규모 연구개발에 이어 2007년 3월 앨리스 실험의 핵심에 삽입되었다.ITS는 가장 적은 양의 가장 가벼운 소재를 사용해 최대한 가볍고 섬세하게 제작됐다.거의 5m의2 양면 실리콘 스트립 검출기와 1m2 이상의 실리콘 드리프트 검출기를 갖추고 있어 두 가지 유형의 실리콘 검출기를 모두 사용하는 시스템 중 가장 크다.

앨리스는 최근 업그레이드된 이너 트래킹 시스템의 계획을 제시했는데, 주로 1차 정점에 대한 충격 매개변수(d0)의 결정, 낮은 pT에서의 효율 추적 및 판독 속도 성능 측면에서 기능이 크게 향상된 새로운 실리콘 트래커를 구축하는 것을 기본으로 하고 있다.[18]업그레이드된 ITS는 이 QCD의 응축된 단계의 역학을 이해하기 위해 필요한 LHC에 형성된 Quark Gluon Plasma의 연구에서 새로운 채널을 열 것이다.

묵직한 맛과 뷰티 바이론을 측정해 이 측정치를 처음으로T 매우 낮은 p까지 확대함으로써 매체 내 묵직한 쿼크의 열화 과정을 연구할 수 있게 된다.또한 중형 에너지 손실의 쿼크 질량 의존도를 보다 잘 이해할 수 있도록 하며, 뷰티 쿼크 측정의 독특한 능력을 제공하는 동시에 뷰티 붕괴 정점 재구성을 개선할 수 있을 것이다.마지막으로, 업그레이드된 ITS는 QGP에서 발생하는 열방사선 특성화 및 키랄 대칭 복원과 관련된 해드론 스펙트럼 기능의 중간중간 수정의 기회를 제공할 것이다.

업그레이드 프로젝트는 실리콘 센서, 저전력 전자장치, 상호접속 및 포장 기술, 초경량 기계 구조 및 냉각 장치 등 첨단 기술에 대한 전 세계 연구자와 협력자들의 광범위한 R&D 노력이 필요하다.

타임 투영 챔버

입자 추적 및 식별에 사용되는 앨리스 시간 투영 챔버.

앨리스 타임 투영 챔버(TPC)는 검출 매체로 가스를 채운 대량으로 앨리스의 주입자 추적 장치다.[19][20]

TPC의 가스를 가로지르는 전하 입자는 그 경로를 따라 가스 원자를 이온화하여 검출기의 끝판 쪽으로 표류하는 전자를 자유롭게 한다.매체를 통과하는 급속충전 입자에 의해 발생하는 이온화 프로세스의 특성을 입자 식별에 사용할 수 있다.이온화 강도의 속도 의존성은 잘 알려진 베테-블록 공식과 연결되는데, 이 공식은 매질의 원자 전자와의 비탄성 쿨롬 충돌을 통한 전하 입자의 평균 에너지 손실을 설명한다.

멀티와이어 비례 카운터나 솔리드 스테이트 카운터는 이온화 강도에 비례하는 펄스 높이를 가진 신호를 제공하기 때문에 검출 매체로 자주 사용된다.판독 챔버에 걸린 양극 와이어 부근의 눈사태 효과는 필요한 신호 증폭을 제공한다.눈사태에서 생성된 양의 이온은 패드 평면에 양의 전류 신호를 유도한다.판독은 엔드 플레이트에 위치한 멀티와이어 비례 챔버(MWPC)의 음극면을 형성하는 557 568 패드에 의해 수행된다.이것은 빔과 방위각까지의 방사상 거리를 제공한다.마지막 좌표인 z는 빔 방향을 따라 드리프트 시간에 의해 주어진다.에너지 손실 변동은 상당할 수 있으므로 일반적으로 이온화 측정의 분해능을 최적화하기 위해 입자 트랙을 따라 많은 펄스 높이 측정을 수행한다.

TPC의 거의 모든 부피는 통과되는 전하입자에 민감하지만, 최소의 재료예산이 특징이다.직접적인 패턴 인식(연속 트랙)은 TPC를 수천 개의 입자를 동시에 추적해야 하는 헤비이온 충돌과 같은 고다중성 환경을 위한 완벽한 선택으로 만든다.앨리스 TPC 내부에서는 모든 트랙의 이온화 강도를 최대 159회까지 샘플링하여 5%에 해당하는 이온화 측정 분해능을 얻는다.

전환 방사선 검출기

18개의 TRD 모듈(레이디얼 배열의 트래피조이드 프리즘)을 보여주는 완성된 앨리스 검출기.

전자와 양전자는 전환 방사선의 방출, 입자가 얇은 물질의 여러 층을 교차할 때 방출되는 X선을 사용하여 다른 전하 입자와 차별될 수 있다.

전자와 양전자의 식별은 전환 방사선 검출기(TRD)를 사용하여 달성된다.[21]뮤온 분광계와 유사한 방식으로, 이 시스템은 벡터-메슨 공진 생성에 대한 상세한 연구를 가능하게 하지만, 광 벡터-메슨 ρ까지의 범위와 다른 급도 영역에서 확장된 연구를 가능하게 한다.1 GeV/c 이하에서는 TPC의 입자 식별 검출기(PID) 측정과 비행 시간(TOF) 측정의 조합을 통해 전자를 식별할 수 있다.모멘텀 범위 1-10 GeV/c에서는 전용 "레이디에이터"를 통해 이동할 때 전자가 TR을 생성할 수 있다는 사실을 이용할 수 있다.그러한 라디에이터 내부에서는 빠르게 충전된 입자가 서로 다른 유전체 상수를 가진 물질들 사이의 경계를 통과하여 X선 범위의 에너지로 TR 광자를 방출할 수 있다.효과는 미미하며, 라디에이터는 최소한 하나의 광자를 생산할 수 있을 만큼 높은 확률을 달성하기 위해 수백 개의 재료 경계를 제공해야 한다.앨리스 TRD에서, TR 광자는 제논 기반 가스 혼합물로 채워진 MWPC를 사용하여 라디에이터 바로 뒤쪽에서 감지되며, 입자의 트랙에서 나오는 이온화 신호 위에 에너지를 축적한다.

앨리스 TRD는 높은 운동량을 가진 충전된 입자에 대한 빠른 트리거를 유도하기 위해 설계되었으며 벡터 메손의 기록된 수율을 현저하게 향상시킬 수 있다.이를 위해 25만 대의 CPU를 검출기 바로 위에 설치하여 고시멘텀 트랙 후보지를 식별하고 가능한 한 빨리 관련 에너지 증착을 분석한다(검출기에서 신호가 생성되고 있는 동안).이 정보는 단 6μs 내에서 전자-양전자 트랙 쌍을 검색하기 위해 모든 정보를 결합한 글로벌 추적 장치로 전송된다.

앨리스에 대한 그러한 전환 방사선 검출기(TRD)를 개발하기 위해 많은 검출기 프로토타입을 피온과 전자의 혼합 빔에서 시험했다.

앨리스로 입자 식별

앨리스는 또한 그것이 전자인지 양성자인지 카온인지 파이온인지 각 입자의 정체를 알고 싶어한다.

충전된 하드론(사실 모든 안정적 충전된 입자)은 질량과 전하가 결정되는 경우 명확하게 식별된다.질량은 운동량과 속도의 측정에서 추론할 수 있다.자기장에서 입자 궤도의 곡률을 측정하여 탄력과 전하의 기호를 얻는다.입자 속도를 얻기 위해 비행 시간 및 이온화 측정, 전환 방사선 및 체렌코프 방사선 검출에 근거한 네 가지 방법이 존재한다.이 방법들은 각각 다른 운동량 범위나 특정 유형의 입자에 대해 잘 작동한다.예를 들어 앨리스에서 이러한 모든 방법은 입자 스펙트럼을 측정하기 위해 결합될 수 있다.

ITS와 TPC가 제공하는 정보 외에도, TOF는 10억분의 1초 이상의 정밀도로 각 입자가 정점으로부터 도달하기 위해 이동하는 시간을 측정하여 속도를 측정할 수 있도록 하는 보다 전문적인 검출기가 필요하다.고운동성 입자 식별 검출기(HMPID)는 빠른 입자가 생성하는 희미한 빛 패턴을 측정하고, TRD는 다른 물질을 통과할 때 매우 빠른 특수 방사선을 측정해 전자 식별이 가능하다.뮤온은 대부분의 다른 입자보다 물질을 더 쉽게 침투한다는 사실을 이용하여 측정한다: 매우 두껍고 복잡한 흡수기는 다른 모든 입자를 정지시키고 뮤온은 전용 검출기 집합인 뮤온 분광계에 의해 측정된다.

타임 오브 플라이트

충전된 입자는 앨리스에서 비행 시간(TOF)에 의해 식별된다.TOF 측정은 트랙 궤적을 따라 주어진 거리에 걸친 비행 시간을 측정함으로써 충전된 입자의 속도를 산출한다.[22][23]다른 검출기의 추적 정보를 사용하여 모든 트랙 점화 센서를 식별한다.운동량도 알려지면 입자의 질량은 이러한 측정치에서 도출될 수 있다.앨리스 TOF 검출기는 내부 반지름이 3.7m(12ft)로 141m의2 원통형 표면을 덮는 다압 저항 판실(MRPC)을 기반으로 한 대형 면적 검출기다.약2 160,000개의 MRPC 패드가 시간 분해능 약 100 ps의 패드가 150 m의 큰 표면에 분포되어 있다.

MRPC는 높은 전기장과 좁은 가스 갭을 만들기 위해 표준 유리창의 얇은 판으로 만들어진 평행판 검출기다.이 판들은 원하는 간격을 제공하기 위해 낚싯줄을 사용하여 분리된다. 100%에 가까운 검출 효율에 도달하기 위해서는 MRPC당 10개의 가스 갭이 필요하다.

시공의 단순성 때문에 전체 TOF 해상도가 80ps인 대형 시스템을 비교적 저렴한 비용으로 구축할 수 있다(CERN Courier 2011년 11월 p8).이 성능은 몇 GeV/c의 모멘트까지 카온, 피온, 양자를 분리할 수 있다.그러한 측정을 앨리스 TPC의 PID 정보와 결합하면 그림 3이 특정 운동량 범위에 대해 보여주듯이 다양한 입자 유형 사이의 분리를 개선하는 데 유용하다는 것이 입증되었다.

고운동량 입자 식별 검출기

앨리스 자석 내부에 최종 설치하기 전의 HMPID 검출기.

고운동량 입자 식별 검출기(HMPID)는 에너지 손실(ITS 및 TPC, p = 600 MeV)과 비행 시간 측정(TOF, p = 1.2–1.4 GeV)을 통해 이용 가능한 운동량 범위를 벗어나는 입자 속도를 결정하는 RICH 검출기다.

체렌코프 방사선은 충전된 입자가 그 물질에서 빛의 속도보다 빠르게 물질을 통과하면서 발생하는 충격파다.방사선은 입자 속도에 따라 달라지는 입자 궤도에 대해 특성 각도로 전파된다.체렌코프 검출기는 이러한 효과를 이용하며 일반적으로 체렌코프 방사선이 생성되는 라디에이터와 광자 검출기의 두 가지 주요 요소로 구성된다.링 이미징 체렌코프(RICH) 검출기는 초점 체렌코프 방사선의 고리 모양의 이미지를 분해하여 체렌코프 각도와 입자 속도를 측정할 수 있다.이것은 차례로 충전된 입자의 질량을 결정하기에 충분하다.

고밀도 매체(대형 굴절률)를 사용할 경우, 몇 센티미터의 순서의 얇은 라디에이터 층만 충분한 수의 체렌코프 광자를 방출하면 된다.그런 다음 광자 검출기는 라디에이터 뒤 어느 정도 거리(보통 약 10 cm)에 위치하여 빛의 원뿔이 확장되어 특징적인 고리 모양의 이미지를 형성할 수 있다.이렇게 근접 포커스를 맞춘 RICH가 앨리스 실험에 설치된다.

앨리스 HMPID의 모멘텀 범위는 파이온/카온 차별은 최대 3GeV, 카온/프로톤 차별은 최대 5GeV이다.활동면적이 11m²로 세계 최대 규모의 요오드화합물 RICH 검출기다.1997년 CERN에서 시제품이 성공적으로 시험되었고 현재 미국 브룩헤이븐 국립 연구소의 상대론적 중이온 충돌기에서 데이터를 수집하고 있다.

칼로리미터

칼로미터는 입자의 에너지를 측정하고, 입자가 전자기 또는 해드론 상호작용을 하는지 여부를 결정한다.열량계의 입자 식별은 파괴적인 측정이다.뮤온과 중성미자를 제외한 모든 입자는 전자기 또는 전자 샤워의 생산에 의해 모든 에너지를 열량계에 축적한다.광자, 전자, 양전자는 모든 에너지를 전자기 열량계에 축적한다.이들의 샤워기는 구별할 수 없지만, 샤워기와 관련된 추적 시스템에서 트랙이 존재하지 않는 것으로 광자를 식별할 수 있다.

광자(빛의 입자)는 뜨거운 물체에서 방출되는 빛과 같이 시스템의 온도를 알려준다.이들을 측정하기 위해서는 특수 검출기가 필요하다: 납처럼 밀도가 높고 유리처럼 투명한 PHOS의 결정이 제한된 영역에서 환상적으로 정밀하게 측정하며, PMD와 특히 EMCal은 매우 넓은 영역에 걸쳐 측정한다.EMCal은 또한 이벤트의 초기 단계에 대한 기억을 가지고 있는 근접 입자 그룹("제트"라고 함)을 측정한다.

광자 분광계

PWO 결정 양산을 위한 기술은 CERN, Apatity 공장, RRC "쿠르차토프 연구소"가 긴밀히 협력하여 개발되었다.

PHOS는 충돌 초기 단계의 열 및 역동적 특성을 시험하기 위한 데이터를 제공하기 위해 앨리스에[24] 설치된 고해상도 전자기 열량계다.이는 충돌에서 직접 발생하는 광자를 측정함으로써 이루어진다.PHOS는 중앙 속도의 제한된 수용 영역을 포괄한다.CMS가 사용하는 것과 유사한 납 텅스테이트 결정으로 만들어졌으며,[25] 아발란치 포토다이오드(APD)를 사용하여 판독한다.

고에너지 광자가 납 텅스테이트를 타격할 때, 그들은 그것을 빛나게 하거나 섬광하게 만들며, 이 빛을 측정할 수 있다.납 텅스테이트는 극도로 밀도가 높아(철보다 더 낮음) 그것에 도달하는 대부분의 광자를 정지시킨다.결정체는 248K의 온도로 유지되어 소음으로 인한 에너지 분해능의 저하를 최소화하고 낮은 에너지에 대한 반응을 최적화하는 데 도움이 된다.

전자 자기 칼로리계

EMCal은 10개의 슈퍼모듈로 그룹화된 거의 13,000개의 개별 타워로 구성된 납-시방사선 샘플링 칼로리미터다.그 탑들은 눈사태 광다이오드와 결합한 쉐이클릭 기하학에서 파장을 변화시키는 광섬유로 판독된다.완전한 EMCal은 개별 섬광기 타일 10만 개와 185km의 광섬유를 포함하며, 총 무게는 약 100톤이다.

EMCal은 Alice Time Projection 챔버와 중앙 검출기의 거의 전체 길이와 ALIS Photon Spectrometer를 앞뒤로 배치한 방위각의 1/3을 포함하며, 더 작고 세밀한 납-텅 상태 칼로리계입니다.

슈퍼 모듈은 비행시간 카운터와 자석 코일 사이의 앨리스 자석 내에 위치한 독립 지지 프레임에 삽입된다.서포트 프레임 자체는 복잡한 구조로 무게가 20톤이고 자체 무게의 5배를 지탱해야 하며, 비어 있는 것과 몇 센티미터만 완전히 적재되는 것 사이에서 최대 편향이다.8t급 초대형 기종을 설치하려면 지지 구조물에 다리를 건널 수 있는 정교한 삽입 장치가 있는 레일 시스템이 필요하다.

전자자기칼로리미터(EM-Cal)는 앨리스의 높은 운동량 입자 측정 능력을 크게 더할 것이다.[26]그것은 앨리스의 손을 제트기와 다른 힘든 과정을 연구하는데 확장시킬 것이다.

광자 다중성 검출기

광자 다중성 검출기([27]PMD)는 충돌에서 생성된 광자의 다중성과 공간 분포를 측정하는 입자 샤워 검출기다.그것은 충전된 입자를 거부하기 위한 거부권 검출기를 첫 번째 계층으로 이용한다.반면에 광자는 변환기를 통과하여 두 번째 검출기 층에서 전자파 샤워를 시작하며, 이 층은 광자의 민감한 부피의 여러 셀에 큰 신호를 생성한다.반면에 하드론은 보통 하나의 세포에만 영향을 미치며 최소 이온화 입자를 나타내는 신호를 생성한다.

전방 다중성 검출기

앨리스 전진 다중성 검출기

전방 다중성 검출기(FMD)는 전방 영역으로 전하 입자의 다중성에 대한 범위를 확장하여 ALICE가 이러한 측정에 대한 4개의 LHC 실험의 가장 넓은 범위를 제공한다.[28]

FMD는 빔을 기준으로 작은 각도에서 방출되는 전하 입자를 측정하기 위해 각각의 10 240개의 검출기 채널이 있는 5개의 대형 실리콘 디스크로 구성된다.FMD는 수직면에서 충돌 방향의 독립적인 측정을 제공하며, 이 측정은 배럴 검출기의 측정으로 흐름, 제트 등을 조사할 수 있다.

뮤온 분광계

앨리스 전방 뮤온 분광계는 μ+μ– 채널의 붕괴를 통해 헤비쿼코니아(J/ψ, ψ′, ϒ′, ϒ′)의 전체 스펙트럼을 연구한다.헤비 쿼코늄 주(州)는 헤비 이온 충돌의 초기 및 고온 단계를 연구하는 데 필수적인 도구를 제공한다.[29]특히 쿼크-글루온 플라즈마 형성에 민감할 것으로 예상된다.충분한 에너지 밀도가 있는 탈착형 매체(즉, QGP)가 존재할 경우, 쿼코늄 상태는 색상 선별 때문에 분리된다.이것은 그들의 생산률의 억제로 이어진다.높은 LHC 충돌 에너지에서는 차르모늄 상태(J/ψ, ψ′)와 보토늄 상태( (, ϒ′, ϒ′)를 모두 연구할 수 있다.Dimuon 분광계는 이러한 무거운 쿼크 공진 탐지에 최적화되어 있다.

앨리스 뮤온 분광계의 주요 구성 요소: 배경을 필터링하는 흡수기, 자석 전후의 추적 챔버 세트 및 트리거 챔버 세트.

뮤온은 어떤 물질을 통해서도 거의 방해받지 않고 통과할 수 있는 유일한 전하 입자라는 사실을 이용하여 방금 설명한 기법을 사용하여 식별할 수 있다.이러한 행동은 수백 GeV/c 미만의 모멘텀을 가진 뮤온들이 복사 에너지 손실로 고통받지 않고 따라서 전자기 샤워를 하지 않는다는 사실과 연결된다.또한, 그것들은 렙톤이기 때문에, 그것들은 그들이 횡단하는 물질의 핵과의 강한 상호작용을 받지 않는다.이러한 행동은 고에너지 물리학 실험에서 뮤온 분광기에서 칼로리계 시스템 뒤나 두꺼운 흡수기 재료 뒤에 뮤온 검출기를 설치함으로써 이용된다.뮤온을 제외한 모든 충전된 입자는 완전히 정지되어 전자기(그리고 해드론) 샤워를 생성한다.

앨리스의 전방 영역에 있는 뮤온 분광기는 매우 두껍고 복잡한 전면 흡수기와 1.2m 두께의 철벽으로 구성된 추가 뮤온 필터를 특징으로 한다.이러한 흡수기를 관통하는 트랙에서 선택한 뮤온 후보는 전용 추적 검출기 세트에서 정밀하게 측정된다.뮤온 쌍은 헤비쿼크 벡터-메손 공진(J/Psi)의 스펙트럼을 수집하는 데 사용된다.이들의 생산률은 색 선별으로 인한 분리를 조사하기 위해 횡방향 운동량과 충돌 중심성의 함수로 분석할 수 있다.앨리스 뮤온 분광계의 합격은 가성간격 2.5 η η η 4를 포함하며 공진도는 0 횡방향 운동량까지 검출할 수 있다.

충돌 특성

마지막으로 충돌이 얼마나 강력했는지를 알아야 한다: 이는 앨리스(ZDC) 양쪽에 약 110m에 위치한 고밀도 물질로 만들어진 검출기에서 충돌핵의 잔해를 측정하고 FMD, V0 및 T0으로 충돌에서 생성되는 입자의 수와 그 공간 분포를 측정함으로써 이루어진다.T0도 사건이 발생한 시간을 고도로 정밀하게 측정한다.

제로 도 칼로리미터

ZN 열량계의 전면:조립 중 두 개의 ZN 칼리미터 중 하나.석영 섬유는 1936년 W-알로이 슬래브의 홈에 있다.

ZDC는 두 충돌핵의 겹치는 영역을 결정하기 위해 분광기 핵의 에너지를 감지하는 열량계다.양성자(ZP)를 검출하기 위한 2개, 중성자(ZN)를 검출하기 위한 2개 등 4개의 칼로리미터로 구성되어 있다.이들은 양쪽의 상호작용 지점에서 115m 떨어진 곳에 위치하며, 빔 라인을 정확히 따라 위치한다.ZN은 두 빔 파이프 사이에 LHC 빔 축과 관련하여 0도로 배치된다.그것이 우리가 그들을 ZDC(Zero Degree Calorimeter(Zero Degree Calorimeter, ZDC)ZP는 외부로 나가는 빔 파이프에 위치한다.스펙터 양성자는 쌍극자석 D1을 이용하여 이온 빔으로부터 분리된다.

ZDC는 "스파게티 칼로리미터"로, 석영 섬유 매트릭스를 할당하기 위해 그루브한 중금속 판 스택에 의해 만들어졌다.그들의 작동 원리는 섬유 속의 샤워기의 충전된 입자에 의해 생성되는 체렌코프 빛의 검출에 기초한다.

V0 검출기

V0는 ALIS 상호작용 지점의 양쪽에 설정된 섬광기 카운터 배열 두 개로 구성되며 V0-A와 V0-C라고 한다.V0-C 카운터는 다이무온 암 흡수기의 업스트림에 위치하며 분광계 허용치를 커버하는 반면 V0-A 카운터는 충돌 정점에서 약 3.5m 떨어진 다른 쪽에 위치한다.

V0의 두 디스크에 축적된 에너지를 합산하여 충돌의 중심성을 추정하는 데 사용된다.이 관측 가능한 크기는 충돌에서 생성된 일차 입자의 수에 따라 직접 조정되며, 따라서 중심성으로 조정된다.

V0는 또한 충돌 빔의 크기와 형태, 따라서 실험에 전달되는 광도를 제공하는 Van Der Meer 스캔에서 참조용으로 사용된다.

T0 검출기

앨리스 T0 검출기에 사용되는 체렌코프 카운터 배열.

앨리스 T0은 앨리스의 시작, 트리거 및 발광도 검출기 역할을 한다.정확한 상호작용 시간(START)은 입자 식별에 사용되는 비행시간 검출기의 기준 신호 역할을 한다.T0는 중앙 트리거 프로세서에 5개의 서로 다른 트리거 신호를 제공한다.이들 중 가장 중요한 것은 설정 경계 내에서 빔 축을 따라 1차 상호작용 지점의 위치를 신속하고 정확하게 확인할 수 있는 T0 정점이다.이 검출기는 가속기 팀에 빠른 피드백을 제공하는 온라인 조도 모니터링에도 사용된다.

T0 검출기는 상호 작용 지점(IP)의 반대쪽에 위치한 체렌코프 카운터(T0-C 및 T0-A)의 두 배열로 구성된다.각 어레이에는 쿼츠 라디에이터와 광전자 증배관이 장착된 12개의 원통형 카운터가 있다.

앨리스 우주선 검출기(ACORDE)

앨리스 동굴은 우주 광선 샤워에서 나오는 고에너지 대기 중 뮤온을 탐지하기에 이상적인 장소를 제공한다.ACORDE는 앨리스 자석 상단에 뮤온의 도착을 촉발하여 우주 광선 샤워를 탐지한다.

앨리스 우주선 트리거는 앨리스 자석 요크의 상부 3면에 분산된 60개의 섬광기 모듈로 만들어진다.배열을 단일 또는 다중 뮤온 이벤트에 트리거하도록 구성할 수 있으며, 필요한 경우 2배 우연의 일치부터 전체 배열에 이르기까지.ACORDE의 높은 광도는 소위 뮤온 묶음이라 불리는 평행 뮤온 트랙의 매우 높은 다중의 우주 사건을 기록할 수 있게 한다.

ACORDE를 통해 앨리스 실험은 매우 높은 에너지 일차 우주선을[citation needed] 간접적으로 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 지금까지 등록된 것 중 가장 높은 다중의 뮤온 번들을 탐지할 수 있었다.

데이터 수집

앨리스는 매우 자주 발생하지만 작은 이벤트, 양성자-양성자 충돌 중 마주친 입자가 거의 없고 상대적으로 드물지만 극히 큰 이벤트, 그리고 그 두 가지 실행 모드에서 효율적으로 작동하는 데이터 수집 시스템을 설계해야 했다.e LHC(L = Pb-Pb 1027 cm−2−1 s, 100 ns 묶음 교차가 있는 L = 10-103031 cm−2−1 s, 25 ns 묶음 교차가 있는 pp).[30]

앨리스 데이터 수집 시스템은 희귀 단면 프로세스를 선택하고 기록할 수 있는 능력과 함께 중앙 충돌로 인한 매우 큰 사건의 꾸준한 흐름을 기록할 수 있는 용량의 균형을 맞출 필요가 있다.이러한 요구 사항으로 인해 최대 2.5GByte/s의 총 이벤트 구축 대역폭과 최대 1.25GByte/s의 스토리지 기능이 제공되어 매년 총 1PB 이상의 데이터가 제공된다.그림에서 보듯이 앨리스는 현 세대의 실험보다 훨씬 더 많은 데이터 저장 용량이 필요하다.이 데이터 속도는 초당 브리태니커 백과사전 내용의 6배에 해당한다.

앨리스 DAQ 시스템의[31] 하드웨어는 크게 상용 컴포넌트 즉, PC가 실행 중인 리눅스와 이벤트 구축 네트워크를 위한 표준 이더넷 스위치에 기반을 두고 있다.필요한 성능은 수백 대의 PC를 대형 DAQ 패브릭과 상호 연결함으로써 달성된다.앨리스 DAQ의 소프트웨어 프레임워크를 DATE(ALICE 데이터 수집 및 테스트 환경)라고 한다.DATE는 최종 생산 시스템을 향해 점차 진화하는 한편, 실험의 시공 및 시험 단계인 오늘날 이미 사용되고 있다.더욱이 AFAIR(A Flexible Fabric and Application Information Recorder)는 앨리스 데이터 획득 프로젝트에서 개발한 성능 모니터링 소프트웨어다.AIDE는 크게 오픈 소스 코드를 기반으로 하며, 데이터 수집, DIM을 채용한 노드 간 통신, 빠르고 임시적인 라운드 로빈 데이터베이스 스토리지, ROOT를 이용한 영구 저장 및 플롯 생성 등의 구성요소로 구성되어 있다.

드디어.앨리스 실험 대용량 저장 시스템(MSS)은 매우 높은 대역폭(1.25 GByte/s)을 결합하여 매년 1 PBytes 이상의 엄청난 양의 데이터를 저장한다.대용량 저장 시스템은 a) 실험 피트에서 임시 데이터 저장을 수행하는 GDS(Global Data Storage), b) CERN 컴퓨팅 센터의 데이터를 장기간 보관하기 위한 PDS(Permanent Data Storage) 및 마지막으로 데이터의 생성, 액세스 및 보관을 관리하는 The Mass Storage System 소프트웨어로 구성된다.

결과.

첫 번째 리드 이온 충돌에서 뉴클레온 쌍당 2.76TeV의 질량 중심 에너지에서 앨리스 실험에 의해 기록된 사건.

앨리스의 물리 프로그램에는 다음과 같은 주요 주제가 포함되어 있다: i) 거대한 매력적 뷰티 쿼크에 초점을 맞춘 QGP의 파트론의 열화 연구 및 QGP의 스트롱 커플링 매체에 관한 이러한 무거운 쿼크의 행동을 이해, ii) 매체에서 발생하는 에너지 손실 메커니즘의 연구.그리고 파트론 종에 대한 에너지 손실의 의존성, iii) 분해를 조사할 수 있는 콰르코늄 상태와 매체 온도의 분리 그리고 마지막으로 시스템 초기 온도와 자유도를 평가하는 QGP에 의해 방출되는 열 광자와 저질량 딜레톤의 생산.ms는 위상 전환의 chiral 특성뿐만 아니라.

앨리스의 협력은 2010년 3월 7TeV의 질량 중심 에너지에서 LHC 양성자 충돌의 첫 번째 결과를 제시했다.[32]결과는 표준 시뮬레이션에 의해 다중성 분포의 형상이 잘 재현되지 않는 동안 충전된 입자 다중성이 예상보다 빠르게 에너지로 상승하고 있음을 확인했다.이 결과는 LHC의 첫 번째 주행 동안 수집된 양성자-양성자 충돌 표본 30만 개를 질량 중심 에너지인 7 TeV에서 안정적 빔으로 분석한 것이다.

2011년 앨리스 협업은 질량 중심 에너지인 핵 쌍당 2.76 TeV에서 Pb-Pb 충돌로 생성된 시스템의 크기를 측정했다.[33]앨리스는 Pb-Pb 충돌에서 생성된 QCD 물질이 유체처럼 작용하며, 유체역동 방정식으로 잘 묘사된 강한 집단 운동을 가지고 있음을 확인했다.LHC에서 핵 충돌로 형성된 불덩어리는 RHIC에서 중이온 충돌로 형성된 매체보다 더 뜨겁고 수명이 길며 더 큰 크기로 팽창한다.앨리스 실험에 의한 다중성 측정은 시스템이 초기에는 에너지 밀도가 훨씬 더 높고 RHIC보다 최소 30% 더 뜨겁다는 것을 보여주며, 따라서 각 충돌 핵쌍에 대해 입자 다중성이 약 두 배가 된다(Aamodt et al. 2010a).특히 중심성에 대한 이러한 관측 가능성의 완전한 의존성을 포함한 추가 분석은 초기 속도, 상태 방정식 및 유체 점도와 같은 시스템의 특성에 대한 더 많은 통찰력을 제공하고 중이온 충돌의 이론적 모델링을 강하게 구속할 것이다.

LHC의 완벽한 액체

외부 중심 핵 충돌은, 유한한 충격 매개변수로, 강하게 비대칭적인 "아몬드 모양의" 불덩어리를 생성한다.그러나 실험은 상호작용의 공간적 치수를 측정할 수 없다(예를 들어, 피온 생산에 있어 특별한[34] 경우는 제외한다).대신 방출된 입자의 운동량 분포를 측정한다.붕괴하는 불덩어리로부터 방출되는 입자의 측정된 방위 운동량 분포와 초기 공간 비대칭성 사이의 상관관계는 생성 물질의 성분들 사이의 다중 상호작용에서만 발생할 수 있다. 즉, 물질이 어떻게 흐르는지 말해주는 것인데, 이는 물질의 상태 방정식과 열과 관련이 있다.역학적 전송 특성.[35]

모멘텀 공간에서 측정된 입자의 방위각 분포는 푸리에 계수로 분해될 수 있다.타원류라고 불리는 두 번째 푸리에 계수(v2)는 특히 유체의 내부 마찰이나 점도에 민감하며, 더 정확히 말하면 η/s, 시스템의 전단 점성( () 대 엔트로피(s)의 비율이다.물과 같은 양호한 유체의 경우 η/s 비율이 작다.꿀과 같은 "두꺼운" 액체는 η/s의 값이 크다.

LHC에서 중이온 충돌에서, 앨리스 협업을 통해 충돌에서 생성되는 뜨거운 물질이 마찰이 거의 없는 액체처럼 작용한다는 것을 알게 되었고, η/s는 하한(거의 점성이 거의 0점)에 근접했다.이러한 측정을 통해 앨리스는 이제 막 η/s의 온도 의존성을 탐구하기 시작했으며, 우리는 QGP의 유체역동적 특징을 더욱 제약할 LHC에서 더 많은 심층 흐름 관련 측정을 기대한다.

지구에서 가장 높은 온도 측정

2012년 8월, 앨리스 과학자들은 그들의 실험이 약 5조 5천억 켈빈스의 온도로 쿼크-글루온 플라즈마를 생성했다고 발표했는데, 이는 지금까지 어떤 물리적 실험에서 달성한 가장 높은 온도 질량이다.[36]이 온도는 브룩헤이븐 국립연구소에서 2010년 실험에서 달성한 이전 기록인 약 4조 켈빈보다 약 38% 높은 것이다.[37]

앨리스의 결과는 워싱턴 D.C.에서 열린 8월 13일 쿼크 매터 2012 회의에서 발표되었다.이러한 실험에 의해 생성된 쿼크-글루온 플라즈마는 물질이 원자로 합쳐지기 전에 빅뱅 이후 마이크로초 후에 존재했던 우주의 조건에 근사하게 된다.[38]

에너지 손실

QCD의 기본 과정은 색전하로 구성된 매체에서 고속 파톤의 에너지 손실이다.이러한 현상인 "제트 퀀칭"은 특히 QGP 연구에 유용하며, 들어오는 핵에서 쿼크와 글루온의 하드 산란 제품(제트)을 사용한다.매우 정력적인 파톤(색상충전)은 보통 물질을 X선 탐사하는 것처럼 컬러 매체를 탐사한다.해드론 충돌에서 이러한 파소닉 프로브의 생산은 섭동 QCD 내에서 잘 이해된다.그 이론은 또한 매체를 가로지르는 파톤이 많은 부드러운 (낮은 에너지) 글루온을 방출하는 데 있어서 에너지의 일부를 잃게 된다는 것을 보여준다.복사 에너지의 양은 매질의 밀도와 매질의 파톤이 이동한 경로 길이의 제곱에 비례한다.이론은 또한 에너지 손실은 파톤의 맛에 달려있다고 예측한다.

제트 퀀칭은 RHIC에서 횡방향 운동량이 높은 하드론의 수율을 측정하여 처음 관찰되었다.이 입자들은 정력적인 파톤의 단편화를 통해 생성된다.중심핵-핵 충돌에서 이러한 고-pT 입자의 수율은 양성자-양자 반응에서 측정했을 때 예상보다 5배 낮은 인자로 밝혀졌다.앨리스는 최근 LHC에서 중앙 헤비이온 충돌에서 전하 입자 측정을 발표했다.RHIC와 마찬가지로 LHC에서 고 pT 하드론 생산은 강하게 억제된다.그러나 LHC에서의 관찰은 질적으로 새로운 특징을 보여준다.앨리스의 관찰은 하드 파트론 산포와 관련된 입자의 완전 재구성 백투백 제트를 사용하여 헤비 이온 충돌 내에서 파트론 에너지 손실에 대한 직접적인 증거에 대한 ATLAS와 CMS의 공동 연구 보고서와 일치한다.[39]후자의 두 실험은 제트기와 그 후퇴하는 파트너 사이의 강한 에너지 불균형을 보여주었다(GAad et al. 2010 및 CMS collaboration 2011).이러한 불균형은 제트기들 중 하나가 뜨겁고 밀도 높은 물질을 통과하여 그 에너지의 상당 부분을 제트의 재구성에 의해 회복되지 않는 방법으로 매개체에 전달하기 때문에 발생하는 것으로 생각된다.

쿼코늄 해드롭프로덕션 연구

쿼코니아는 진한 맛의 쿼크와 그 고물의 결합된 주이다.콰르코니아는 두 가지 종류가 광범위하게 연구되어 왔는데, 콰르코니아는 매력 쿼크와 반촉으로 이루어진 샤르모니아와 바텀 쿼크로 이루어진 보토니아이다.자유로운 색전하가 많은 쿼크 글루온 플라즈마가 있는 곳에 있는 매력과 반창고 쿼크는 더 이상 서로를 볼 수 없기 때문에 묶인 상태를 형성할 수 없다.QGP에 쿼코노니아를 "용해"하는 것은 QGP가 존재하지 않는 생산에 비해 쿼코늄 수율 억제에서 그 자체를 드러낸다.QGP 서명으로 쿼코니아 억제에 대한 검색은 25년 전부터 시작됐다.질량 중심 에너지에서 PbPb 충돌에서 매력 하드론에 대한 첫 번째 앨리스 결과는 매력에 대한 강한 중간 에너지 손실과 QGP의 핫 미디어 형성을 나타내는 이상한 쿼크를 나타낸다.[40]

온도가 증가함에 따라 반창고 또는 하단의 항균성 항균성의 매력이 새로운 결합 상태를 형성하는 것이 더욱 어려워짐에 따라 콰르코늄을 더욱 강하게 억제하게 된다.매우 높은 온도에서 어떤 쿼코늄 상태도 살아남을 것으로 예상되지 않는다; 그것들은 QGP에서 녹는다.따라서 쿼코늄 순차 억제는 질량이 서로 다른 주들이 크기가 다르고 다른 온도에서 선별 및 분리될 것으로 예상되기 때문에 QGP 온도계로 간주된다.그러나 - 충돌 에너지가 증가함에 따라 - 결합 상태를 형성할 수 있는 매력-항식 쿼크의 숫자도 증가하며, 우리가 더 높은 에너지로 이동할 때 쿼코니아의 균형 재조합 메커니즘이 나타날 수 있다.

첫 번째 앨리스 런의 결과는 낮은 에너지의 관측치와 비교했을 때 상당히 충격적이다.주변 충돌에 대해 LHC 에너지에서 유사한 억제가 관찰되지만, 더 많은 정면충돌로 이동할 때(상호작용에 참여하는 납핵에서 핵의 수가 증가함에 따라 정량화됨) 억제력은 더 이상 증가하지 않는다.따라서 LHC의 핵 충돌에서 더 높은 온도를 얻었음에도 불구하고, p–p와 관련하여 Pb-Pb의 앨리스 실험에 의해 더 많은 J/mes meson이 검출된다.이러한 효과는 QGP와 하드론의 고온 가스 사이의 온도 경계에서 발생하는 재생 과정과 관련이 있을 가능성이 높다.

차르모늄 상태의 억제는 Quark Gluon Plasma가 형성되지 않은 LHC에서 양성자 납 충돌에서도 관찰되었다.이는 양성자-핵 충돌(pA)에서 관측된 억제력이 차가운 핵물질 영향 때문이라는 것을 시사한다.실험 결과의 풍부함을 파악하려면 쿼코니아의 중간 수정과 고온 및 저온 물질 효과의 분리를 이해해야 한다.오늘날에는 RHIC와 LHC로부터 Charmonium과 Botomium 억제 등에 관한 대량의 데이터가 제공되고 있으며, Alice는 QGP 형성에 의한 효과와 차가운 핵물질 영향의 영향을 구별하려고 노력한다.

p-Pb 충돌 시 이중 레지 구조

앨리스는 LHC에서 첫 번째 양성자 납 충돌을 기록한다.

LHC에서 발생한 p-Pb 충돌 데이터를 분석한 결과 지금까지 출처를 알 수 없는 전혀 예상치 못한 이중리지 구조가 드러났다.중-이온 충돌 후 2년 후인 2013년에 양성자-리드(pPb) 충돌은 QGP의 분리되고 음울하게 대칭되는 상태의 특성을 탐구하는 새로운 장을 열었다.고다중성 pp 충돌에서 관측된 융기성 같은 구조물을 형성하는 놀라운 근거리 장거리(가성긴장) 상관관계도 고다중성 pPb 충돌에서 발견되었지만 진폭()이 훨씬 더 컸다.[41]그러나 가장 큰 놀라움은 이 근사면 능선이 방위각의 반대편인 본질적으로 대칭적인 측면 능선을 동반한다는 관측에서 비롯되었다(CERN Courier 2013년 3월 p6).이 이중 능선은 제트 단편화 및 공명 분해에서 발생하는 단거리 상관관계를 고다중성 사건에 대한 상관관계 분포에서 저다중성 사건에 대해 측정한 상관관계 분포를 빼서 억제한 후에 밝혀졌다.

중이온 충돌에서 유사한 장기 구조물은 집단 유체역동적 팽창을 거치는 열화계통에서 방출되는 입자의 집합적 흐름에서 기인한다.이 음이소트로피는 단일 입자 방위각 분포의 푸리에 분해의 vn(n = 2, 3, ...) 계수로 특징 지을 수 있다.앨리스 협업을 통해 가능한 집단 현상의 존재 여부를 추가로 시험하기 위해, 2개 입자 상관 분석을 식별된 입자까지 확장하여 v2 고조파 계수의 잠재적 질량 순서를 확인하였다.그러한 질량의 질량은 중이온 충돌에서 관찰되었는데, 이 충돌은 운동 공간의 음이소트로피에 결합된 일반적인 방사형 부스트( 이른바 방사형 흐름)에서 발생하는 것으로 해석되었다.이러한 놀라움을 계속하여 중앙 PbPb 충돌에서 관찰된 것과 유사한 명확한 입자 질량 순서가 고다중성 PB 충돌에서 측정되었다(CERN Courier, 2013년 9월).

마지막 놀람은 지금까지 차르모늄 주에서 온 것이다.J/니어라인 생산은 예상치 못한 행동을 나타내지 않는 반면, 보다 무겁고 덜 경계된(2S) 상태의 생산은 pp 충돌과 비교할 때 J/니어라인에 대한 강한 억제(0.5–0.7)를 나타낸다.이것이 매체의 효과를 암시하는 것인가?실제로 중이온 충돌에서 그러한 억제는 이들의 결합 에너지와 이러한 충돌에서 생성된 QGP의 온도에 따라 쿼코니아 상태가 순차적으로 녹는 것으로 해석되어 왔다.

첫 번째 pPb 측정 캠페인인 예상 결과는 예상치 못한 관측을 동반했다.예상되는 결과 중에는 양성자와 핵의 충돌이 차가운 핵물질의 부차적 구조를 자세히 연구하기 위한 적절한 도구를 제공한다는 확인도 있다.이러한 놀라움은 높은 입자 다중성을 가진 pPb 충돌에서 집단 현상의 존재와 결국 QGP의 형성을 암시하는 pPb와 PbPb 충돌 사이의 여러 관측 가능성의 유사성에서 비롯되었다.[42]

업그레이드 및 향후 계획

롱 셧다운

LHC의 롱 셧다운 1 동안 앨리스의 주요 업그레이드 활동은 기존 EMCAL 수용도의 120° 반대편에 방위각 수용도를 60° 추가하는 기존 EMCAL 시스템의 확장인 디제트 칼로리미터(DCAL)의 설치였다.이 새로운 하위 검출기는 현재 광자 분광계(PHOS)의 3개 모듈을 포함하고 있는 솔레노이드 자석의 하단에 설치될 것이다.게다가, 3개의 PHOS 모듈과 8개의 DCAL 모듈을 지원하는 완전히 새로운 레일 시스템과 크래들이 설치될 것인데, 이 모듈들은 모두 100톤 이상의 무게가 나간다.TRD의 5개 모듈을 설치하면 18개 유닛으로 구성된 이 복잡한 검출기 시스템을 완성할 수 있다.

이러한 주류 검출기 활동 외에도, 18개의 앨리스 하위 검출기는 LS1 동안 모두 큰 개선을 거쳤으며, 온라인 시스템의 컴퓨터와 디스크는 교체되었고, 운영 체제와 온라인 소프트웨어의 업그레이드가 뒤따랐다.

이러한 모든 노력은 1027Hz/cm를2 초과하는 조명에서 5.5TeV/뉴클레온의 LHC 최고 에너지에서 중이온 충돌이 예상되는 LS1 이후 3년간의 LHC 주행 기간 동안 앨리스가 양호한 상태를 유지하도록 하기 위한 것이다.

롱 셧다운 2(2018년)

앨리스의 협업은 현재 2018년으로 예정된 차기 셧다운 기간 동안 대대적인 업그레이드를 계획하고 있다.그런 다음 전체 실리콘 트래커는 ALPIDE 칩에서 제작된 단일 픽셀 트래커 시스템으로 교체하고, 시간 투영실은 지속적인 판독과 새로운 마이크로 전자 사용을 위한 기체 전자 멀티플라이어(GEM) 검출기로 업그레이드하며, 다른 모든 하위 검출기와 온라인 시스템은 100인치에 대비할 것이다.d 테이프에 기록된 이벤트 수 증가.

참조

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외부 링크