Uno strumento per la Heavy Ions Physics ALICE A L arge I on C ollider E xperiment.

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1 Uno strumento per la Heavy Ions Physics ALICE A L arge I on C ollider E xperiment

2 SOMMARIO La fisica degli ioni pesanti: intenti, motivi di interesse, gli osservabili e le grandezze in gioco; L’esperimento ALICE: caratteristiche, novità e particolarità; L’apparato sperimentale: struttura, funzione e prestazioni della varie componenti; Prestazioni “combinate” circa risoluzione in impulso e PID Conclusioni

3 Collisioni nucleo-nucleo Collisione di ioni pesanti ad alta energia: alta densità di energia (> 2–3 GeV/fm 3 ) su un volume esteso (> 1000 fm 3 ) Evidenza di deconfinamento (transizione di fase) all’ SPS (Pb-Pb, √s=17GeV ); RHIC continua lo studio a √s=200GeV (Au-Au)  Prossimo passo: LHC con Pb-Pb a √s NN =5.5 TeV deep deconfinement: “fluido ideale” di gluon e quark (QGP) con densità di energia ~ 100 GeV/fm 3 abbondante produzione di jet e heavy quark strumenti per studiare le proprietà del QGP

4 Principali obbiettivi della HI physics Studiare la transizione di fase della QCD e la fisica del QGP Capire i fenomeni collettivi e le proprietà macroscopiche che emergono dalle leggi microscopiche della fisica delle particelle elementari; Rispondere a tali questioni nel settore delle interazioni forti studiando la materia in condizioni di temperatura e densità estreme. Come applicare ed estendere lo SM ad un sistema complesso, a dimensioni finite ed in evoluzione dinamica;

5 Heavy-Ion Collision Colliding Nuclei Hard Collisions Parton Cascade Hadron Gas & Freeze-out 1234

6 Nuovi aspetti(I): processi soffici 10 -6 10 -4 10 -2 10 0 x 10 8 10 6 10 4 10 2 10 0 M 2 (GeV 2 ) Si sonda lo stato iniziale partonico in un nuovo range di x (10 -3 - 10 -5 ): –nuclear shadowing, –distribuzioni partoniche a alta densità gluonica produzione di particelle dominata dalla regione di saturazione (CGC)

7 LHC RHIC SPS (h + +h - )/2 00 17 GeV 200 GeV 5500 GeV=√s LO p+p y=0 I processi Hard contribuiscono significativamente alla sez. d’urto totale AA (σ hard /σ tot = 98%)  Proprietà del “Bulk” dominate dai processi hard  Sonde very hard prodotte in abbondanza Sonde debolmente interagenti diverranno accessibili (γ, Z 0, W ± ) Nuovi aspetti(II): processi duri

8 Nuovi aspetti(III): Molteplicità hep-ph0104010 5 √s (GeV) 1010 2 10 3 10 2 10 3 10 4 1.0 5.0 10.0 15.0 N ch /(0.5N part ) dN ch /d  |  <1 2 5 10 3 dN ch /d  ~ 1500 dN ch /d  ~ 2500 (from K.Kajantie, K.Eskola) Dai dati di RHIC estrapolati alle condizioni di LHC ci si attende una molteplicità nel range dN/dy (charged) ~ 1500 – 6000 (ln√s? ln²√s?) ALICE ottimizzato per dN/dy (charged) ~ 4000; operativo fino a ~ 8000

9 QGP - nuovi aspetti : SPSRHICLHC √s NN (GeV)17200 dN ch /dy500850  0 QGP (fm/c) 10.2 T/T c 1.11.9  (GeV/fm 3 ) 35  QGP (fm/c) ≤22-4  f (fm/c) ~1020-30 V f (fm 3 )few 10 3 few 10 4 few 10 5 bigger 5500X 28 1500-8000? 0.1faster 3.0-4.2hotter 15-60denser ≥10 longer 30-40 Qualitativamente un nuovo regime

10 predissero Matsui e Satz predissero la soppressione nella produzione di J /  nel Quark Gluon Plasma causa screening di colore Collisioni periferiche: (grande paramatro di impatto) DI INTERESSANTE ACCADE POCO … Collisioni centrali : (piccolo paramatro di impatto)  QGP?! Quarkonio come sonda…

11 Cos’è L?  la lunghezza media del percorso del sistema cc attraverso la materia nucleare densa  Permette di combinare dati da diverse energie, bersagli e fasci “Anomalous J/  suppression in Pb-Pb interactions at 158 GeV/c per nucleon”, Phys. Lett. B410, 337 (1997). Suppression pattern vs. L DIVERSO per Pb-Pb Evidenze…? J/ψ suppression

12 Evidenze…? Jet Quenching Collisione Au – Au @ RHIC Nonostante le cose sembrino confuse… … e’ evidente che qualcosa di nuovo accade! STAR, Phys Rev Lett 91, 072304

13 I partoni attraversano ~ 5 fm di materia ad alta densità di gluoni Perdita di energia per radiazione di gluone –modifica le distribuzioni in impulso –dipende dalle proprietà del mezzo Si confronta le distribuzioni in p t in AA e in pp: Perdita di energia nel mezzo < 1 perdita di energia PHENIX Collab. nucl-ex/0304022 N collision scaling Fattore 4 di soppressione in collisioni Au-Au centrali! Fattore di Casimir: 4/3 x i quarks, 3 x i gluoni Coefficiente di trasporto del mezzo  (densità gluonica, impulso)

14 Osservabili Globali Osservabili globali: –Charged particle multiplicity, dN/dy –Transverse energy, E T & d E T /dy –Azimuthal anisotropy, v 2 –Energia dei partoni spettatori, Zero-degree energy E 0 La dipendenza della geometria dell’emissione da tali osservabili permette la caratterizzazione degli eventi. Essi hanno un ruolo rilevante nel testare p.es modelli di adronizzazione, di produzione di particelle, permettono la selezione di eventi rari (alta dN/dy o E T )

15 La misura dell’ “azimuthal flow” fornisce informazioni sulla geometria della regione spaziale coinvolta nella collisione ed è sensibile alle condizioni iniziali del sistema e della sua termalizzazione; in presenza di re-scattering della materia prodotta, l’anisotropia spaziale si trasmette a quella degli impulsi L’anisotropia negli impulsi comporta una dipendenza del momento trasverso dell’angolo di emissione relativo al piano della collisione; nello sviluppo della molteplicità in serie di Fourier in funzione di y, , m t e b, a y=0 il primo coefficiente è nullo; il primo non nullo è appunto il v 2 In modelli di tipo idrodinamico il coefficiente di “flusso ellittico” v 2 (p T ;b) proviene dal gradiente anisotropico di pressione nel piano trasverso dovuto alla forma oblata della regione di sovrapposizione dei due nuclei incidenti; il tensore energia momento è quello di un fluido ideale in equilibrio Deviazioni rispetto ad una dipendenza lineare dalla centralità potrebbero indicare un’ avvenuta transizione di fase o un dis-equilibrio termico Nello sviluppo della cascata (parton cascade) il flusso ellittico satura prima dell’adronizzazione  si può raffrontare quello misurato su varie specie adroniche Azimuthal Anisotropy & Elliptic Flow

16 IP, Two-/many-particle correlation e fluttuazioni la distribuzione al denominatore si costruisce mescolando le particelle in differenti eventi; si guarda particelle con una v rel piccola Nelle collisioni tra ioni pesanti svariati fenomeni dipendono dalla centralità dell’urto  la misura del parametro d’impatto b è essenziale per la caratterizzazione dell’evento. In eventi ad alta molteplicità, la funzione di correlazione a due particelle C(p 1,p 2   ) viene messa in relazione a fenomeni quali la (anti)simmetrizzazione quantistica (QS) della funzione d’onda e le interazioni di stato finale (FSI) passando per le funzioni di emissione* S della sorgente di emissione, parametrizzate dal parametro di intercetta e dai raggi HBT si studia poi la fluttuazione di alcuni osservabili tra diversi eventi per metterla in relazione a quantità estensive del mezzo p.es p T  C V ; N q+/q-  S *: densità di Wigner della sorgente ~prob di emissione di una part con impulso  ad x

17 Obbiettivi ed oggetti di interesse da studiare con ALICE... Proprietà globali –Molteplicità, distribuzioni in η Gradi di libertà VS Temperatura –Adroni (spettri e rapporti) –Dilepton continuum –Direct photons Effetti collettivi –Elliptic flow De-confinement –spettroscopia di charmonio, bottonio Chiral symmetry restoration –rapporto particelle neutre / cariche –Decadimenti delle risonanze Partonic energy loss nel QGP –Jet quenching, spettro ad alto p T –Open charm and beauty Geometria dell’emissione –HBT correlation, zero-degree energy flow Fluttuazioni e comportamenti critici –Spettroscopia e PID event-by-event

18 …e conseguenze sperimentali per ALICE Larga copertura in accettanza Spettro di impulsi da misurare ampio (da 100 MeV/c fino a > 100 GeV/c) Alta granularità (fino a dN/dy ~ 8000 @ mid- rapidity, cioè decine di migliaia di particelle) –Spettroscopia ed identificazione di adroni (mesoni, iperoni,…) e leptoni c-, b- vertex recognition Eccellente photon detection (in Δφ =45 0 ed η = 0.1)

19 Inner Silicon Tracker –Pixels, Si- Drift*, Si- strips TPC*: il più grande al mondo –Specifiche di performance molto ambiziose –Elettronica di readout altamente integrata Transition radiation detector –1.2*10 6 canali; capacità di trigger; HMPID : Cherenkov CsI photo-cathodes FMD: vasta area di Si- detector per la misura di molteplicità in avanti per complementare il central tracking PHOS : spettrometro per i fotoni a 20000 cristalli calorimetrici di PbWO 4 Spettrometro a Muoni –il magnete dipolare caldo più grande al mondo –precision tracker a 1.2*10 6 canali Arrays di detectors specializzati a grande copertura -3.4 ≤ η ≤ 5.1 (FMD, V0, T0) per particelle cariche, triggering beam gas rejection Photon Multiplicity Detector (PMD) per i fotoni in avanti (2.3 ≤ η ≤ 3.5) Zero Degree Calorimeters (ZDC) nel range di rapidità della beam pipe per la misura dei partoni “spettatori” nelle collisioni A-A ACORDE: rivelatore di raggi cosmici a scintillatori plastici ALICE Detector Suite ~8000 collisioni/sec @ L= 10 27 cm -2 s -1 di cui circa solo il 5% centrali BASSA interaction rate consente l’utilizzo di detector “lenti” ma molto granulari

20 TPC PHOS Muon arm TOF TRD HMPID PMD ITS ACCORDE ALICE Detector

21 Internal Tracking Sysyem 6 layers di detectors al silicio: pixel rivelatori a drift doppio strato di micro strip SCOPI Particle-ID via dE/dx nel regime non relativistico (1/β², p < 1.2 GeV/c) ricostruire di vertici primario e secondari,  risoluzione spaziale sulle decine di  m; alta risoluzione sul parametro d’impatto ( < ~100  m) tracciamento e ID di particelle con p < 100 MeV/c (viste solo dall’ITS) per complementare le misure del TPC studio della correlazione nelle componenti dell’impulso ↔ evoluzione spazio temp. del sistema) → primo punto delle tracce ! REQUISITI capacità di gestire alte densità di particelle (sino ad 80 ch_part/cm² per gli strati interni ) grande accettanza (raggio minimo e massimo fissati da beam pipe e TPC ) strati sottili per limitare il Multiple Scattering VS spessore minimo ( ~ 300  m) per una efficiente misura della densità di ionizzazione (S/B ratio OK) risoluzione in massa ~ larghezza di  buona risoluzione angolare range del redout sufficiente per le particelle altamente ionizzanti a basso impulso Occupancy e tempi di redout contenuti (due distinti trigger: generale e dallo spettrometro a  ) → quattro layer con redout analogico

22 Per - tracking di precisione, - vertex reconstruction (primary / secondary) - PID via dE/dx - 0.9 <  < 0.9 - 2 <  < 2 pixels, drift, strips Inner Tracking System 6 layers di Si detectors Strip Drift Pixel

23 Silicon Pixel Detector SPD Il primo layer dell’SPD con maggiore copertura in rapidità (|  |< 1.98) per una miglior misura, assieme al FMD, della molteplicità delle particelle cariche (per tutto il resto dell ’ ITS, |  |< 0.9) raggio interno del primo layer a ridosso della beam pipe matrici 2-d (ladder sensor) diodi di silicio reversed-bias 256 x 160 celle per ogni sensore matrice, 50(r  ) x 426(z)  m, su 60 doghe, 240 ladders, per un totale di ~ 10 7 celle; connessioni al chip dell’elettronica di redout (CMOS, Ø ~ 0.25  m) con la tecnica del “bump-bonding” redout binario, soglia applicata al segnale pre-amplificato e formato Partecipe ai due trigger di II livello [40 Hz & (di-  )1kHz] Alta potenza dissipata dall ’ elettronica + piccola massa del detector  efficace sistema di raffreddamento (vapori di C 4 F 10 in tubi sotto le doghe); intorno, copertura in fibra di carbonio allumineata per limitare il trasporto di calore attraverso i vari strati (SPD molto sensibile alle variazioni di temperatura) ~2% χ 0 di materiale attraversato per una traccia verticale Alta segmentazione   bassa capacità di diodo e quindi buon rapporto S/B ad alte rate  velocità  precisione geometrica  alta capacità di risolvere doppi hit  redout bidimensionale non ambiguo REQUISITI: Alta granularità, precisione e resistenza alla radiazione (in 10 anni ~ 2.2 kGy)  Detector a pixel silicio, segmentazione 2D

24 Silicon LADDER sensor Risoluzioni (  m) spaziale: 12(r  – 100(z) 2-track: 100(r  – 280(z)

25 SDD: Si Drift Detector (2 layers intermedi dell’ITS) Particle-ID via dE/dx: si misura la densità di ionizzazione (come per le strip); ~7 tracce cariche/cm²; 300  m di silicio altamente omogeneo ad alta resistività; regione sensibile ~ 70 x 75 mm²; raffreddamento ad aria detect. eff. ~ 99.5%(soglia = bkg*10); risoluzioni medie (  m): spaziale: 38(r  ) – 30(z),60 ai bordi 2-track : 200(r  ) – 600(z); 700@70%eff χ/χ 0 = 2x1.43 %; v drift = 8.1  m/ns griglia di schermo ai bordi:145 strip di catodo (passo 32  m) con voltage divider indipendenti 3 file di 33 iniettori di carica controllano v drift (~ c* T -2.4 ) X Z ionizing particle Collection catodi di drift, 291 p+ strip (passo 120  m) pull-up cathode bias HV divider p+p+ Area sensibile divisa in due regioni di drift da un catodo centrale a -2.4 kV; altri -40V sui 256 anodi di raccolta (passo 294  m) Struttura di supporto a “scale” in plastica rinforzata con fibra di carbonio con 14 o 22 sensori; raffreddamento a acqua per l’elettronica

26 Silicon Strip Detector SSD Cruciali per la track-connection ITS-TPC Granularità richiesta inferiore Particle-ID via dE/dx (regime non rel.) Strips “double-side” anziché quelli a faccia singola scelti perché –introducono meno materiale nella regione attiva –correlando l’altezza dei segnali delle due facce si eliminano le ambiguità del redout proiettivo; piccolo angolo stereo (3.5 mrad) per ridurne il numero Inclinazione differente per i due lati del sensore ed opposta per i due layer per ridurre le prob. di fake tracking P-Hybrid N-Hybrid Sensor sensori paralleli al campo magnetico  direzione inclinata piu’ sensibile anelli di guardia attorno all’area sensibile del sensore Area attiva 73x40 mm² 2x768 strip x sensore risoluzioni medie (  m): spaziale: 20(r  ) – 300(z); 2-track : 300(r  ) – 2400(z);

27 E E 510 cm E E 88usTPC Δp/p = 1% @ p < 100 Mev/c (10% ad alti p con TRD e ITS), Risoluzioni: r  =1100 – 800  m, z: 1250 – 1000  m (inner - outer r); dE/dx= 5.5% - 6.9% (isolate – dN/dy=8000); 560000 redout pads; tracking eff. ~90% (primary) Strumento principale per gli osservabili adronici (composizione in flavours, evoluz. spazio-temporale e freezout della fireball, hard probes, jet, ev-by-ev fluctuations, correlazioni)  richiesta elevata risoluz in p rel & 2-track separation; buona PID per le analisi ev-by-ev Raggio interno minimo (85 cm) è dato dalla massima densità di hit accettabile Raggio esterno (250 cm) determinato dal braccio minimo necessario ad una risoluzione in dE/dx migliore del 10% 5 x 5.6 Ø m, 88 m 3, t drift 88  s Membrana centrale a 100 kV; Drift gas: 90% Ne - 10% CO 2 ok per v drift (=2.84 cm/  s), aging (scartate CH 4 o CF 4 ) bassa diffusione / χ 0 (  mult. scatt.) / carica spaziale / riscaldamento (ΔK ≤ 0.1°K) / dipendenza di v drift da T; Field defining system: strips in mylar allumineate; supporti interni ed esterni flussati con CO 2 piani di readout di MWPC segmentati in 18 settori trapezoidali, 20° in  l’uno occupancy 40 - 15% @ dN/dy = 8000 (int - ext) Event rate ~200 Hz (Pb-Pb); possibilità di redout selettivo 3.5 χ 0 @  = 0 misure di p (ch part) Vertex reconstr. PID. B = 0.5 T (?) E drift =400V/cm

28 TRD : Ionization, Tracking, Triggering 1.200.000 canali GOAL: buona e - -ID @ p>1GeV/c (ove la  -rejection via dE/dx del TPC non è più affidabile); si cercano semi-lept. decay di open charm & beauty (single e - channel), misure della light-heavy vect. mes product., di-lepton continuum (double e - ) e separazione di J/ψ prompt da b-decay (con TPC e con l’I.P. misurato dall’ITS); la sua velocità viene usata come fast trigger per e - ad alto p t 540 moduli: 6 layers, 18 settori (  ) in 5 pile; 27.2 m 3 di Xe-CO 2 (85-15 %) in B=0.4 T; v drift =1.5 cm/  s, V=700 V/cm, 275 e - /cm per una mip  A~5000; p resol = 5MeV/c; @ dN/dy=8000: Δp/p = 2.5% + 0.8% p,  (r  = 600  m,  (z) = 2 mm (offline), σ α =0.4 - 0.7° 100 fogli di polipropilene + CO 2

29 per e PID, p>1 GeV/c per e ed high p t trigger, p>3 GeV/c - 0.9 <  < 0.9 Camera più grande: 120 x 160 cm supermodulo ITSTPC TRD TRD mv

30 M5 nylon screw to hold fishing-line spacer honeycomb panel (10 mm thick) external glass plates 0.55 mm thick internal glass plates (0.4 mm thick) connection to bring cathode signal to central read-out PCB Honeycomb panel (10 mm thick) PCB with cathode pickup pads 5 gas gaps of 250 micron PCB with anode pickup pads Silicon sealing compound PCB with cathode pickup pads Mylar film (250 micron thick) 130 mm active area 70 mm PID per particelle cariche con impulsi tra 0.2 e 2.5 GeV/c; scelte le MRPC: serie di moduli inclinati ( ┴ alla direz. radiale) con varie strip (53, 157248 ch. totali) in miscela di gas (16m 3 di CH 2 F 4 90%, C 4 F 10 5%, SF 6 5% flussato in 6h) in un un campo elettrico elevato ed uniforme → cariche di ionizzazione prodotte a valanga dal passaggio delle particelle; segnale come somma analogica di quelli su più gaps. Principali vantaggi: velocità nella risposta, risoluzione temporale ~50 ps efficienze ~100% possibile alto guadagno tecniche costruttive semplici, materiali commerciali operano a pressione atmosferica per PID di , K, p , K per p <2 GeV/c p per p <4 GeV/c 100000 canali TOF & MRPC

31 HMPD: High Momentum Particle Identification 7 moduli da ~1.5 x 1.5 m 2 l’uno @ 2h (|  |<0.6, 57.6°, 5% della regione barrel in accettanza) p, T ambiente Dedicato alla misura inclusiva di adroni identificati con p > 1GeV/c; aumenta la capacità di PID via dE/dx (ITS e TPC) o via TOF ad alti p T Ring Imaging Cherenkov detector a perfluoro esano liquido a bassa cromaticità (n~1.3, =175nm,  min = 0.77, p min = 1.21 M part ); photon counters di nuova concezione (film di CsI depositati sul catodo delle Multy-Wire Pad Chambers come photon-converter) muon arm side

32 HMPID : fotocatodi al CsI multilayer pcb with metalized holes gold front surface (0.5  m) nickel barrier layer (7  m) copper fused silica plates (SiO 2 ) (come finestra UV-transp.) glass-ceramic NEOCERAM ® elements radiator vessels STAR data pions kaons protons p > 1 GeV Coeff. Termico 0.5 x 10 -6 °C -1 FOTOCONVERTERS Pad size: 8.0 X 8.4 mm < 50  m flatness Parallelismo con le altre comp. < 100  m Q.E. > 25% @ 175 nm

33 Photon Spectrometer PHOS = EMCAL+ CPV PHOS = EMCAL + CPV : ~18 000 scintillatori, cristalli di PbWO 4, ~10χ 0 + APD, fotodiodi a valanga come fotodetector + pre-amplificatori a basso rumore + MWPC per vetare le particelle cariche: ad Ar/Co 2 (80/20%); efficienza ~99%, risol. spaziale 1.6mm Alta granularità  elevata risoluz. spaziale; cristalli raffreddati con idroetere di fluoro a -25°C (  produzione di luce x 3); showers su più celle (agile ricostruzione del punto di impatto come baricentro). Analisi topologica e PID via TOF (~ns) per distinguere  da showers adroniche e  0 ~8 m² |  |< 0.12 100° in  1.5 m³ 12.5 t Range dinamico ~100 MeV-100 GeV Risoluzioni: in energia: ~ 3% in massa: ~ 7% (  0 ), 3% (  0 ) spaziale: ~2.3 mm/√ E temporale: ~ 1.5 ns/√ E  Capacità trigger al primo livello Per studiare le proprietà termiche del QGP (spettri di fotoni singoli e 2  e correlazioni),  e mesoni neutri ID (2  -decay), jet- quenching (spettri di  0 ad alto p t )

34 MAGNETE Buona accettanza a basso p t (J/  ad alto p t prodotte via b-decay) + soglia di 4 GeV/c per i  (per il materiale necessario per assorbire il flusso adronico) = misure di charmonio a basso p t possibile solo in avanti ove hanno il boost di Lorent Risoluzione energetica ~100 MeV (OK per risolvere la famiglia del bottonio); risoluz. spaziale ~70  m; hit-density 0.05/cm² ; B= 0.7T Camere ‘frameless’ a piccolo gap anodo- catodo (~2.5 mm) per una maggior efficienza e granularità; ~10 6 canali, miscela Ar/CO 2 (80/20%); Trigger ch.: 4 piani, 150 m² con 72 RPC ad Ar/C 2 H 2 F 4 /i-butano/SF 6 49/40/7/1 % Cathod pad chambers in fibra di carbonio Muon Tracking System Muon Tracking System c’nium & b’nium ~ sonde del QGP / HF quarkonium production (di-  decay) in funzione di p t, b, etc/ semi-lept decay di open c & b (di-  continuum) … 2.4 <  < 4 2 – 9 ° assorbitore di adroni e  carbonio e cemento 10 piani di camere traccianti ad alta granularità muro di acciaio davanti alle camere di trigger  p >4 GeV 4 piani di trigger chamber: RPC; elettrodi di bakelite trattati a semi di lino Beam shield in W, Pb e acciaio

35 Zero Degree Calorimeter L’osservabile più direttamente connesso con la geometria dell’urto: numero di nucleoni partecipanti  Stima dell’energia in avanti trasportata dai nucleoni spettatori  trigger sulla centralità: Sistema di calorimetri lungo la beam pipe: due CAL per protoni e neutroni (ZP e ZN) a 116 m da ciascuna parte dell’IP (ove la distanza tra le pipes permette l’inserzione di un detector), ed un forward EM CAL a 7 metri misurano l’energia dei partecipanti (4.8 <  < 5.7; maggior rapidità  maggior accettanza e correlazione tra I.P. ed energia). i sistemi magnetici che focalizzano il fascio separano p e n Nastri di fibre di quarzo inserite tra lastre di assorbitore (Pb, ZEM; W/Ni/Fe, ZN; ottone,ZP; in volume 1:11-ZEM; 1:22-ZN; 1:65-ZP); partoni incidenti  shower adroniche  part. cariche  radiazione Cherenkov nelle fibre letta da PM; tecnica veloce, resistente ed insensibile (soglia) alla radioattività indotta); nello ZEM, che misura essenzialmente i  dai decadimenti dei , le fibre sono inclinate di 45° ZP Cal ZN Cal ZEM Cal Efficienze energetiche: ZEM <1%; ZN 9.1%; ZP 8.3% E ZDC ~ 2.76 GeV x N spett

36 VETO PreShower PMD: Photon Multiplicity counter energia EM trasversa (  piano di reazione) fluttuazioni ev-by-ev flow (  formazione del DCC) Vista frontale Gas Proportional Counter a Ar/CO 2 (70%+30%) di 1.8 m 2 in 221184 celle esagonali (0.22 cm 2 x 0.5 cm) 2 piani Veto + PreShower; nel mezzo converter in Pb Efficienza di photon counting: 64% Efficienza per le charged part: 96% 3 χ 0 PMD Beam Pipe ITS 3.55m  2.3 - 3.5 Misure di moltiplicità e distribuzione spaziale dei fotoni nella regione in avanti; in relazione con: supporto CONVERTER, -1400 V Cu 1)Extruded boundary frame 2)FEE back plane(PC-Bus) 3)Back plane supports 4) FPC connector 5) Kapton flexi-links 6) MANU-like FEE board 7) Interface connector (FEE to back plane)

37 Impact Parameter Resolution E T vs. Impact parameter Total E T vs N part PMDperformance b E T = ∑ dE * Sin (θ) dE energia persa su una singola cella, la somma corre su tutte le celle E T Resolution

38  FMD (Forward Multiplicity Detector) Misure precise (off-line) della charged part. multiplicity per A+A, p+p Analisi event-by-event di fluctuazioni e flow  5 anelli a strip di Si counters, 51.200 canali  1.7<  < 5.0; -1.7<  <-3.4  V0 (V0A-V0C) Centrality and collision vertex: Principale centrality trigger di I livello per A+A,  trigger (pp) e Lumi monitor Beam-Gas Rejection (via TOF diff.)  2 ordini di 32 scintillatori plastici letti da fibre WLS + PMT  2.8<  < 5.1; -1.7<  < -3.7  T0 (Beam-Beam Detector) Segnale di Fast timing L0 (  =50ps), online vertex determination Principale timing reference, TRD wakeup, trigger backup  2 serie di 12 rivelatori Cerenkov + PMT  4.5<  < 5.0; -2.9<  < -3.3 ALICE Forward Detectors

39 Collocazione del FMD system in ALICE Si-1 Si-2 Si-3 V0-R T0-R  3 INNER rings: 20φ, 512 strips 2 OUTER rings: 40φ, 256 strips TOTAL: 51200 ch Out: 1.70<  <2.29 In: 2.01<  <3.40 Out: -2.29<  <-1.7 In: -3.68<  <-2.28 In: -5.09<  <-3.68 Si1 Si2 Si3 V0C T0C V0A T0A

40 FMD ’inner’ protype 2 sectors of 512 strips Test structures on 6” wafer Hamamatsu Si-Sensors: Si wafer da 300 μm 2 φ settori da 512 (256) strips l’uno Primo prototipo consegnato nel dicembre 2004 FMD Hybrid card w. 8 x (128 ch) preamplifiers

41 Trigger per I detector barrel Beam-Gas Rejection (via TOF diff.) trigger  per i p-p runs Centrality trigger per i Pb-Pb runs Misuratore di centralità e Lumi monitor Timing per il TOF (con una precisione ~50ps) Primo L0 signal  dead time < t bunc-cr Beam-Gas Rejection (via VERTEX POSITION); risoluz. su z vertex ~ 1.5cm Centrality trigger per i Pb-Pb runs, tre segnali: - min. bias - semi-central - central 2 Arrays in posizione asimmetrica rispetto al vertice (90 – 340 cm) Sistema di Cherenkov counters con radiatori in quarko 2 Arrays in posizione asimmetrica rispetto al vertice (70 - 350cm) Sistema di scintillatori con fibre WLS e PMT Risoluz. temporale ~1ns Risoluz. temporale ~37ps T0 V0

42 Cosmic Ray detector ACORDE Calibrarzione di altri apparati di tracking Trigger per i cosmici Completa il detector ALICE un rivelatore di raggi cosmici (10 15 – 10 17 eV, soglia 17 GeV, 2 TeV per i  ; rate attesa 3 -4 Hz/m²) 20 moduli da 1.88 x 0.2 m² l’uno, strati di (doppi) scintillatori plastici Efficienza ~ 90%

43 Combined momentum resolution A bassi impulsi dominano -Le fluttuazioni di energia persa per ionizzazione -I fenomeni di multiple scattering Ad alti impulsi determinato da - Precisione sulla misura dei punti - Allineamenti e calibrazioni (qui assunti IDEALI)

44 6/12/2005 HI Future J. Schukraft Stable hadrons ( , K, p): 100 MeV < p < 50 GeV  dE/dx nei silici (ITS) e gas (TPC) + Time-of-Flight (TOF) + Cerenkov (HMPD)  dE/dx relativistic rise  si estende il PID fino a ~ 50 GeV (limitato dalla statistica) topologia dei decadimenti (K 0, K +, K -,  D +,…)  K and  decays up to > 10 GeV leptoni (e,  ) fotoni,  0 Combined Particle Identification Alice usa ~ TUTTE le tecniche note ! elettroni nel TRD: p > 1 GeV muoni: p > 5 GeV  0 in PHOS: 1 < p < 80 GeV Global PID: proposto un approccio Bayesiano per combinare le informazioni dai vari detector  ciascuna componente fornirebbe solo le probabilità condizionali (p.es P(dE/dX |  ))

45 TPC acceptance = 90% tracking solido e ridondante, da 100 MeV a 100 GeV  Campo solenoidale modesto (0.5 T)  pattern recognition semplice  lunghi bracci di leva  buona risoluzione in impulso (BL 2 : Alice ~ CMS > Atlas !)  piccola incidenza del materiale: < 10% X 0  Complete simulazioni di GEANT : central Pb-Pb, dN ch /dy = 6000  PICCOLA dipendenza da dN ch /dy fino ad 8000 (importante per la sistematica) Tracking & Vertexing Parametro d’impatto

46 Concludendo… ALICE rappresenta lo stato dell’arte per molte applicazioni tecnologiche nella fisica dei rivelatori ALICE apre nuove finestre nelle regioni fisiche in esame e si troverà quindi NECESSARIAMENTE a dover affrontare fenomeni nuovi La H. I. Physics in alcuni campi attende soltanto (per ora) a descrizioni fenomenologiche QUALITATIVE  uno dei (pochi) ambiti della fisica dove c’è ancora spazio per la fantasia!

47 BACKUP SLIDES

48 Livelli di radiazione e studio dei danni sui detector al Si Resistenza dei pixel del SPD all’esposizione testati @ LNL con fasci di protoni da 27 Mev (fattore 2 di conversione con n da 1MeV) RISULTATI RISULTATI: Sia la corrente di leakage che il full depletion Bias rimangono accettabili anche alla fluenza massima attesa ad ALICE

49 Shadowing: nuclear initial state effect Bjorken-x: frazione dell’impulso del partone (√s/2) posseduto dal partone che partecipa all’urto At the LHC Pb ion @ LHC ~ 10 5 -10 6 partons (mainly gluons) q q Q xaxa xbxb x a +x b g Pb (x)/g p (x) Shadowing: reduces initial hard yield at low p t (low x) scales trivially from pA to AA “they are so close that they fuse”

50 Combined PID a basso impulso Combinando differenti detectors (per ora NO HMPID) – detagliataled funzione di risposta dei dectors => PID probabilities (e, ,K,p,..) – statistica Bayesiana (rapporto atteso tra particelle)

51 TPC dE/dx – 5.5% (pp) -> 6.5% (central Pb)   /K/p spectra up to ~ 50 GeV – limited by statistics – requires good systematics (calibrate with data) 5 par. fit 10 7 central Pb   /p PID a ~ 50 GeV reasonable efficiency 40% (p a 50 GeV)  90% (  at 5 GeV) p = 5 GeV  =6.5%  /K/p = 2:1:2 Combined PID ad alto impulso

52 occupancies defined as the ratio of the number of readout pads and time bins above threshold to all pads and time bins Q.E.: PERCENTUALE di fotono che producono coppie e-/lacuna (~10% per pellicole, ~50% per le CCD) CCD Charged Coupled devices: is a sensor for recording images, consisting of an integrated circuit containing an array of linked, or coupled, capacitors. Under the control of an external circuit, each capacitor can transfer its electric charge to one or other of its neighbours TRD

53 dE/dx distributions Generator: AliGenBox Fit: gaussiano