Con enormi porte rosse del peso di 350 tonnellate ciascuna, ci vuole più che pronunciare "apri sesamo" per aprire il rilevatore di ALICE. Dietro le porte si trovano i meccanismi interni di un rivelatore unico costruito per studiare le condizioni della materia pochi istanti dopo la nascita dell'Universo, condizioni che vengono ricreate nell'LHC.

Quando il complesso dell'acceleratore del CERN è stato spento nel dicembre 2018, scienziati e tecnici sono entrati nella caverna di ALICE, 56 metri sotto terra, aprire la massiccia schermatura attorno al magnete e iniziare a lavorare sul rivelatore. Questi lavori di manutenzione e aggiornamento dureranno due anni, il tempo che il CERN ha assegnato per una pausa tecnica chiamata Long Shutdown 2 (LS2). Per ALICE, Le attività di LS2 sono iniziate a ritmo sostenuto, con un programma completo pianificato di aggiornamenti o sostituzioni di sottorivelatori, nonché di sistemi di trigger e acquisizione dati.

ALICE si dedica allo studio del plasma di quark-gluoni (QGP), uno stato della materia che prevaleva nei primi istanti dell'Universo. Facendo scontrare particelle, vale a dire protoni e nuclei di piombo, dal Large Hadron Collider (LHC), ALICE può raccogliere dati alla frontiera dell'alta energia.

Aumento della luminosità, prima nel 2021 e poi nel progetto High-Luminosity LHC (HL-LHC), aprirà una serie di possibilità e sfide per ALICE. Un aumento della luminosità - una misura del numero di collisioni per unità di tempo - consentirà ad ALICE di studiare fenomeni rari ed eseguire misurazioni di alta precisione, far luce sulla termodinamica, evoluzione e flusso del QGP, così come sulle interazioni di quark e gluoni.

Durante questo aggiornamento, un tubo a trave di diametro inferiore sostituirà quello esistente di ALICE. All'interno del tubo del fascio, le particelle viaggiano quasi alla velocità della luce e si scontrano all'interno del nucleo del rivelatore, generando molte nuove particelle. Gli scienziati sono interessati a determinare la posizione del punto di interazione, e la riduzione del diametro del tubo del fascio migliora questa misura di un fattore tre rispetto al presente rivelatore. ALICE diventerà anche migliore nel rilevare le particelle con una vita più breve, cioè quelli che decadono più vicino al punto di interazione.

La necessità di un nuovo tubo trave è legata alla sostituzione del sistema di tracciamento interno (ITS), che lo circonda. Il nuovo ITS sarà dotato di innovativi, chip sensore pixel compatti. Questo sistema di tracciamento misura le proprietà delle particelle che emergono dalle collisioni, quindi deve essere ad azione rapida ea grana fine per gestire i tassi di collisione più elevati in futuro. Il nuovo sistema migliorerà notevolmente la capacità del rivelatore di individuare e ricostruire le traiettorie delle particelle.

Il sensore e i chip di lettura integrati nello stesso pezzo di silicio per il nuovo sistema di tracciamento interno saranno impiegati anche nel muon forward tracker (MFT), che segue i muoni vicino al tubo del fascio. Ciò promette un'eccellente risoluzione spaziale, rendendo ALICE non solo più sensibile a diverse misurazioni, ma anche in grado di accedere a nuovi attualmente fuori portata.

Un importante aggiornamento della camera di proiezione temporale di ALICE (TPC), un cilindro di 88 metri cubi pieno di gas e rilevatori di lettura che segue le traiettorie delle particelle in 3-D, è anche in corso. Le particelle cariche che fuoriescono dal punto di collisione ionizzano il gas lungo il loro percorso, liberando nuvole di elettroni che si spostano verso le piastre terminali del cilindro. Questi costituiscono un segnale che viene amplificato e poi letto. La lettura attuale, basato sulla tecnologia a camera proporzionale multifilo, non sarà in grado di far fronte a maggiori tassi di interazione, quindi sarà sostituito con camere con moltiplicatore di elettroni a gas (GEM) multistadio. Questo aggiornamento aumenterà la velocità di lettura del rivelatore di circa due ordini di grandezza.

Inoltre, un nuovo rilevatore di attivazione a interazione rapida (FIT) rileverà le particelle che si disperdono con un piccolo angolo rispetto alla direzione del raggio e sostituirà tre rilevatori di attivazione attuali. Rimuoverà i segnali indesiderati, comprese le interazioni del fascio con il gas residuo nel tubo del fascio.

Un fattore di guadagno di 100 nelle statistiche

Come conseguenza dell'aumento della luminosità e del tasso di interazione, dovrà essere elaborata e selezionata una quantità di dati significativamente maggiore. Elettronica più potente, i sistemi di elaborazione e calcolo dei dati sono stati quindi progettati per sostenere velocità e prestazioni elevate. La collaborazione ALICE sta attualmente installando un nuovo data center fuori terra per migliorare la capacità di calcolo. Quando la nuova corsa LHC inizierà nel 2021, il rivelatore notevolmente migliorato offrirà un fattore di guadagno di 100 nelle statistiche.

Quando le porte magnetiche di ALICE si richiuderanno nell'estate 2020, nasconderanno uno strumento ancora più potente, pronto a intraprendere più collisioni e più acquisizione di dati.