Детекторный комплекс ALICE

   Детектор ALICE (A Large Ion Collider Experiment), один из четырех детекторов общего назначения на Большом адронном коллайдере (LHC). Он оптимизирован для изучения столкновений тяжелых ионов. Его главное назначение − исследование сильно взаимодействующей материи и кварк-глюонной плазмы при экстремальных значениях плотности энергии и температуры в ядро-ядерных столкновениях, комплексное  исследование адронов, электронов, мюонов и фотонов, рождающихся при столкновении тяжелых ядер (Pb-Pb), включая процессы с самой высокой множественностью, которые возможны на LHC. Программа также включает исследования физики столкновений с более легкими ионами.


Рис. 1. Детекторный комплекс ALICE.



Рис. 2. Детекторный комплекс ALICE.

    Общие размеры ALICE 16×16×26 м3, вес около 10000 т. ALICE (рис. 1, 2) состоит из центральной цилиндрической части (баррель) и мюонного спектрометра. Баррель покрывает диапазон псевдобыстрот −1 < η < 1 и находится в поле большого соленоидального магнита. В барреле находятся внутренняя текинговая система (ITS), состоящая кремниевого пиксельного (SPD), дрейфового (SDD), и стрипового (SSD) детекторов; время-проекционной камеры (TPC); трех областей идентификации частиц, состоящей из системы времени пролета (TOF), черенковского детектора(HMPID), детектора переходного излучения (TRD) и двух электромагнитных калориметров (PHOS и EMCal).
    Мюонное плечо покрывает диапазон псевдобыстрот 2.5 < η < 4 и состоит из поглотителей, большого дипольного магнита и четырнадцати плоскостей трекинговых и триггерных камер.
    Кроме того, в ALICE есть группа Forward-детекторов  (ZDC, PMD, FMD, T0, V0). Эти небольшие детекторы находятся под малыми углами. Они служат для общей характеристики событий и как триггеры.
   Массив сцинтилляторов (ACORDE), которые находятся наверху соленоидального магнита служат для триггера космических лучей.

   Центральные детекторы

Трекинговая система

    Трекинговая система включает в себя внутреннюю трекинговую смстему (Inner Tracking System − ITS), времяпроекционную камеру (Time-Projection Chamber − TPC). для трекинга используется также детектор переходного излучения (Transition Radiation Detector − TRD), который позволяет улучшать разрешение по поперечному импульсу в области больших импульсов.

Внутренняя трекинговая система (ITS)


Рис. 3. Внутренняя трекинговая система.

    Основные задачи ITS − локализация первичной вершины с разрешением < 100 мкм, реконструкция вторичных вершин распадов D- и B-мезонов, трекинг и идентификация частиц с импульсами < 200 МэВ/с, улучшение разрешения по импульсам и углам для частиц реконструированных TPC, реконструкция частиц проходящих через мертвые зоны TPC.
    ITS окружает ионопровод. Ионопровод в этой области представляет из себя бериллиевый цилиндр толщиной 800 мкм. ITS состоит из шести цилиндрических слоев кремниевых детекторов с радиусами между 4 и 43 см. Они покрывают диапазон псевдобыстрот |η| < 0.9 для всех вершин в области взаимодействия (±5.3 см вдоль пучка). Первый слой имеет бóльший диапазон псевдобыстрот для того, чтобы (|η| < 1.98) вместе с FMD обеспечить измерение множественности заряженных частиц.
    Из-за высокой плотности частиц в столкновениях тяжелых ионов на LHC (около 50 частиц/см2 в самом внутреннем слое) и, чтобы достичь требуемое разрешение для прицельного параметра, два внутренних слоя − кремниевые пиксельные детекторы (SPD). Следующие два слоя − кремниевые дрейфовые детекторы. Два внешних слоя, где плотность частиц меньше одной частицы/см2 обеспечивают двусторонние кремниевые микростиповые детекторы (SSD). У четырех верхних слоев аналоговые выходы и они могут использоваться в нерелятивистской области для идентификации частиц по удельным потерям.

Апгрейд - V. Manzari. The new inner tracking system of the ALICE experiment: physics, design and performance

Время-проекционная камера (TPC)

    Время-проекционная камера (см.) − основной трекинговый детектор центрального барреля. Она, вместе с другими детекторами барреля, оптимизирована для определения импульсов заряженных частиц с хорошим разрешением, хорошим разделением треков, идентификации частиц и определения вершин. TPC позоволяет измерять поперечные импульсы частиц в широком диапазоне − от ~ 0.1 ГэВ/с до 100 ГэВ/с. В TPC ALICE используется смесь  Ne/CO2/N2 (90/10/5). Электроны ионизации детектируются многопроволочными пропорциональными камерами, из которых организованы 18 трапециевидных секторов, установленных на обеих торцах камеры. Разрешение TPC по удельным потерям dE/dx лучше 5–7%. Такое разрешение позволяет использовать TPC для идентификации частиц в области релятивистского подъема удельных потерь вплоть до импульсов ~ 50 Гэв/с.

Система времени пролета (TOF)


Рис. 4. Система времени пролета.

    Система времени пролета ALICE, имеющая временное разрешение ~ 100 пс, позволяет идентифицировать пионы и каоны с импульсами до ~ 2.5 ГэВ/с и протоны до ~ 4 ГэВ/с с разделением π/K и K/p лучше, чем 3σ. Детектор TOF имеет цилиндрическую форму и покрывает область азимутальных углов от 45о до 135о (|η| < 0.9). Он имеет модульную структуру состоящую из 18 секторов. В каждом секторе 5 модулей вдоль направления пучка. Всего в модулях около1600 детектирующих элементов − стрипов многозазорных камер с резистивными пластинами, которые покрывают площадь 160 м2. В центральном модуле 15 стрипов и по 19 в средних и крайних модулях.
    Стрипы сегментированы. В каждом стрипе 96 считывающих падов. Модули сегментированы по φ − 48 падов и по z − 30 падов в центральных модулях, по 38 падов в остальных модулях. Всего в TOF около 160000 падов (считывающих каналов).
    Для того, чтобы минимизировать путь детектируемых частиц через стрипы камер, угол стрипов по отношению к оси барреля постепенно возрастает от 0о в центральной части до 45о в крайних камерах внешних модулей. Для того, чтобы не было мертвых зон смежные стрипы перекрываются, так что край чувствительной области (пада) одной камеры совмещается с краем пада следующей камеры.


Рис. 5. Схема многозазорной камеры с резистивными пластинами.

   Многозазорная камера с резистивными пластинами представляет из себя две стопки резистивных (диэлектрических) пластин (стекло толщиной несколько сотен мкм). В каждой стопке 5 газовых (C2H2F4 (93%) и SF6 (7%) промежутка . толщиной 250 мкм . Между стопками находится анод. На верхнюю поверхность крайних диэлектрических пластин подается высокое напряжение. Создаваемая напряженность поля ~ 100 кВ/см.
    Заряженная частица ионизирует газ и возникает электронная лавина, за счет чего происходит усиление. Диэлектрические пластины прекращают развитие лавины в каждом газовом промежутке. Сигнал индуцируется на считывающих падах анодных и катодных стрипов, причем сигналы со всех газовых промежутков суммируются. Собственное временное разрешение камер лучше 50 пс.

Детектор переходного излучения (TRD)


Рис. 6. Детектор переходного излучения.

    Основная задача детектора переходного излучения ALICE обеспечить идентификацию электронов в центральном барреле с импульсами > 1ГэВ/с. Электроны с меньшими импульсами идентифицируются по удельным потерям во время-проекционной камере TPC. TRD также используется для получения быстрых триггерных сигналов для заряженных частиц с большими импульсами.
    На рис. 6 показано устройство TRD. Он состоит из 18 супермодулей. Каждый супермодуль содержит 30 камер (закрашены на рис. красным), одна камера выделена для ясности. Камеры размещены в шести слоях. Детектор переходного излучения окружен системой времени пролета (TOF) (закрашены на рис. синим).

Рис. 7. Схема камеры TRD. Слева − сечение по rz, справа − по rφ. Во врезке показаны сигналы от считывающих падов.


Рис. 8. Зависимости средней величины сигналов от времени дрейфа для электронов (с радиатором и без радиатора) и пионов с импульсами 2 ГэВ/с..

    Камера TRD состоит из радиатора и дрейфовой области, заполненной газовой смесью
Xe/CO2 (85%/15%). Радиатор представляет из себя сэндвич из двух листов твердой пены (polymethacrylimide) между которыми находится коврик из пропиленового волокна. Заряженные частицы, пролетая дрейфовую область, производят свободные электроны. Кроме того, если энергия частиц превышает порог генерации переходного излучения, в радиаторе образуются фотоны переходного излучения с энергиями от 1 до 30 кэВ. В самом начале дрейфовой области из большого Z газовой смеси происходит конвертация фотонов в электроны. Электроны ионизации и от конверсии переходного излучения дрейфуют к анодным проволокам. После газового усиления в области анодных проволок, сигнал индуцируется на прямоугольных считывающих падах. Последовательное во времени считывание позволяет реконструировать трек.
     На рис. 8. показаны зависимости средней величины сигналов от времени дрейфа для электронов и пионов с импульсами 2 ГэВ/с. Для эффективной дискриминации электронов от пионов служат два фактора: во первых − различие удельных потерь, во вторых поглощение переходного излучения в самом начале дрейфовой области, что соответствует большим временам дрейфа.

Детектор для идентификации частиц с большими импульсами (HMPID)


Рис. 9. Модули HMPID.

    В центральном барреле находятся два детектора с относительно небольшой площадью − HMPID и электромагнитный калориметр PHOS. HMPID покрывает диапазон псевдобыстрот |η| < 0.6 и азимутальных углов Δφ = 57.6°.
    В ALICE идентификация частиц осуществляется с помощью метода удельных потерь  (в ITS и TPC) и метода времени пролета (в TOF). HMPID служит для расширения диапазона импульсов доступного для идентификации. В частности, он позволяет расширить диапазон π/K и K/p дискриминации до 3 Гэв/с и 5 ГэВ/с соответственно.
    В HMPID (High-Momentum Particle Identificaton Detector) используются RICH-детекторы с квазифокусировкой. Он состоит из 7 модулей, расположенных в центральном барреле (см.рис 2б и 9). В качестве радиатора используется жидкий перхлоргексан (C6F14) с показателем преломления n = 1.2988.


Рис. 10. Схема RICH-детектора с квазифокусировкой HMPID.

     Черенковское излучение детектируется многопроволочными пропорциональными камерами (MWPC), заполненными метаном (CH4). В каждом MWPC имеется 6 независимых фотокатодов − падов, покрытых тонким слоем CsI. Для того, чтобы электроны от ионизации в метане не попадали в чувствительную область MWPC, вблизи радиатора установлен "собирающий электрод", находящийся под положительным потенциалом.
    Анодные проволоки находятся под напряжением 2050 В, катодные пады заземлены. Газовое усиление MWPC 8×104.

 

Электромагнитный калориметр (PHOS)


Рис. 11. Расположение PHOS в центральном барреле.

    Электромагнитный калориметр (PHOton Spectrometer − PHOS) оптимизирован для измерения фотонов с поперечными импульсами pt в диапазоне ~0.5–10 ГэВ/с, π0 в диапазоне 1-10 ГэВ/с и η в диапазоне 2-10 ГэВ/с с хорошим энергетическим и пространственным разрешением. Кроме того, PHOS регистрирует также заряженные и нейтральные адроны: пионы, каоны, протоны, нейтроны, антинейтроны. Режекция адронов достигается с помощью топологического анализа развития ливня. Дополнительная режекция заряженных адронов обеспечивается вето-детектором заряженных частиц (CPV).
    Электромагнитный калориметр PHOS состоит из 5 идентичных модулей, которые находятся на расстоянии 4.6 м от точки взаимодействия. Он покрывает диапазон псевдобыстрот |η| < 0.12 и азимутальных углов Δφ = 100°.
    Для того, чтобы обеспечить адекватное пространственное разрешение и разделять перекрывающиеся ливни размеры ячеек должны быть близки к радиусу Мольер. У кристаллов вольфрамата свинца (PbWO4), которые использовались в калориметре RM ~ 2 см, а размеры 2.2×2.2×18 см3. Такие размеры позволяют работать при максимальной множественности (dN/dη =16000) ожидаемой в центральных Pb–Pb столкновениях. Длина кристаллов соответствует приблизительно  20 радиационным длинам (~20X0).
    Каждый модуль сегментирован. В нем 3584 ячеек (56 рядов по 64 кристаллов). В каждом модуле есть CPV, которые установлены перед PHOS.
    Свет от кристаллов регистрируется ливневыми фотодиодами.

Вето-детектор заряженных частиц (CPV)

    CPV представляет из себя многопроволочную пропорциональную камеру со считыванием с падовых катодов. Его эффективность детектирования заряженных частиц >99%, пространственное разрешение реконструкции точки попадания около 1.5 мм вдоль направления пучка и 1.38 мм в поперечном направлении. CPV расположены на расстоянии ~5 мм от модулей PHOS. Толщина CPV <0.05X0. Активный объем 14 мм заполнен смесью 80% Ar/20% CO2. Катодная плоскость сегментирована на 7168 падов 22×10.5 мм2.

Электромагнитный калориметр (EMCal)

    EMCal − гетерогенный калориметр с циллиндрической геометрией. Он расположен на расстоянии ~4.5 м от пучка. EMCal покрывает диапазон по псевдобыстроте |η| < 0.7 и азимутальному углу
Δφ = 107o и находится приблизительно напротив PHOS (см. рис. 2).
    Основные задачи EMCal − служить триггером для высокоэнергетичных струй; измерение нейтральной компоненты энергии струи; улучшение точности определения энергий струй; измерение фотонов с большими импульсами, π0 и электронов; γ/π0 дискриминация вплоть до энергии в30 ГэВ; e/h дискриминация для импульсов >10 ГэВ/с.


Рис. 12. Устройство EMCal; а) фотография модуля (ограждающая конструкция удалена, так что видны волокна), б) одиночный модуль, в) стриповый модуль, г) супермодуль, д) EMCal.

    EMCal состоит из 3168 модулей. Каждый модуль состоит из 4 оптически изолированных "башен" состоящих и "сэндвичей" 1.44 мм свинец/1.76 мм сцинтиллятор (рис. 12а). Независимое считывание оптического сигнала с каждой башни осуществляется с помощью спектросмещающих волокон соединенными с лавинными фотодиодами. В калориметре 12672 башни. Волокна проходят продольно через стопку свинец/ сцинтиллятор. Эта геометрия получили название "шашлык")
    Из 12 модулей формируются стриповые модули (рис. 12в). Из стриповых модулей формируются супермодули (12×24 = 288 модулей).

Апгейд системы калориметров (DCal)


Рис. 13. Размещение PHOS (в центре) и DCal.

    На  ALICE вводится новый электромагнитный калориметр DCal. Он расширяет возможности EMCAL, позволяя проводить корреляционные измерения, которые невозможны с одной EMCAL. В DCal супермодули такие же, как и в EMCal, но супермодули DCal короче, в них 16 стриповых модулей, вместо 24 в EMCal. Модули DCal находятся по обеим сторонам от PHOS. DCal+PHOS может рассматриваться как один интегрированный детектор, предназначенный для исследования струй. DCal покрывает диапазон по псевдобыстроте |η| < 0.7 и азимутальному углу Δφ = 60o.

 

Детектор космических лучей (ACORDE)

    Детектор космических лучей ACORDE (COsmic Ray DEtector) представляет собой массив пластиковых сцинтилляционных счетчиков, расположенных на верхней поверхности соленоидального магнита (рис. 1). Его назначение − во-первых выработка быстрого триггерного сигнала для калибровки трековых детекторов, во-вторых вместе с TPC, TRD и TOF детектирование мюонов при изучении высокоэнергетических космических лучей в области так называемого "колена". ACORDE позволяет получать информацию о космических мюонах параллельно с измерениями на коллайдере. Благодаря ACORDE на ALICE возможны измерения и анализ космических мюонов с хорошей точностью и в широком диапазон импульсов (0.1–2 ТэВ).
    Массив сцинтилляционных счетчиков состоит из 60 модулей. Каждый модуль это стопка из двух сцинтилляционных счетчиков (190×20 см2), включенных на совпадения.

   Мюонный спектрометр

    Мюонный спектрометр ALICE (его еще называют димюонным спектрометром) оптимизирован для изучения спектров тяжелых векторных мезонов − кваркониев (J/ψ, ψ′, upsilon, upsilon′, upsilon′′) по их распаду на μ+μ–. Тяжелые векторные мезоны −  важный инструмент для изучения ранней, горячей стадии столкновениях тяжелых ионов. Ожидается, что они могут дать важную информацию о формировании кварк-глюонной плазмы.
    Спектрометр покрывает диапазон псевдобыстрот 2.5 ≤ η ≤ 4 и резонансы могут детектироваться вплоть до нулевых поперечных импульсов. Разрешение по инвариантной массе в области J/ψ около 70 МэВ, в области upsilon − около 100 МэВ. Таким образом, все резонансы могут быть разрешены по энергии.
    Монный спектрометр состоит из переднего поглотителя, который поглощает адроны и фотоны от вершины взаимодействия, 10 плоскостей трекинговой системы с высокой гранулярностью, дипольного магнита, пассивного мюонного фильтра, четырех плоскостей триггерных камер, внутреннего экрана для защиты камер от частиц с большими быстротами.


Рис. 14. Схема мюонного спектрометра.

Поглотители

    Передний поглотитель длинной 4.13 м (~10λh, ~60 X0) расположен внутри соленоидального магнита. Он служит для того, чтобы ограничить рассеяние на малые углы и потери энергии пролетающих мюонов, а также, чтобы защитить другие детекторы ALICE от вторичных частиц, образующихся в самом поглотителе. По всей длине спектрометра он экранирован плотной конической трубой из вольфрама, свинца и нержавеющей стали, внутри которой находится ионопровод. Эта экранировка служит для уменьшения взаимодействия фоновых частиц по длине спектрометра. Дополнительная защита для триггерных камер реализуется мюонным фильтром. Это стенка из железа толщиной 1.2 м (~7.2λh), которая стоит перед триггерными камерами. Передний поглотитель и мюонный фильтр поглощают мюоны с импульсами меньшими 4 ГэВ/с.

Трекинговая система

    В трекинговой системе мюонного спектрометра 5 трекинговых станций, каждая из которых состоит из двух многопроволочных пропорциональных камер с катодным считыванием. У каждой камеры две плоскости считывающих катодов, что позволяет получить двумерную информацию. Высокая гранулярность трекинговой системы позволяет достигнуть пространственного разрешения < 100 мкм.
    Две трекинговые станции расположены перед дипольным магнитом, одна − в поле магнита и остальные две станции − после магнита. Общая площадь камер около 100 м2, количество каналов считывания около одного миллиона.

Триггерные камеры

    Поперечные импульсы большинства мюонов от распада тяжелых векторных мезонов больше, чем у фоновых мюонов от распада пионов и каонов. Режекция событий, в которых образуются мюоны с небольшими поперечными импульсами, осуществляется с помощью триггерных камер.
    Триггерная система содержит 4 камеры с резистивными пластинами, работающими в стриммерном режиме. Из них составлены 2 станции, которые находятся после мюонного фильтра. Сигнал считывается с x и y стрипов камер и подается на триггерную электронику.

   Forward-детекторы

Калориметры ZDC

    В центральных столкновениях ускоренных тяжелых ядер достигается очень высокая плотность. Однако, центральные столкновения далеко не всегда происходят. В периферических стокновениях участвуют всего несколько протонов и нейтронов, а большинство нуклонов являются просто "наблюдателями" (спектаторами), пролетая под нулевым углом к оси столкновений (рис. 15). Условия образования кварк-глюонной плазмы зависит от количества нуклонов, которые участвовали в столкновении. Для выяснения этого служат детекторы ZDC. Эти детекторы регистрируют нуклоны, вылетевшие под нулевым углом к оси столкновений. Суммарная энергия спектаторных нуклонов, зарегистрированная этими детекторами, позволяет судить о области перекрытия сталкивающихся ядер.
    В ALICE два набора адронных калориметров ZDC (Zero Degree Calorimeters) расположены на расстоянии ~116 м по обе стороны от точки взаимодействия. Кроме того, на расстоянии 7 м по обе стороны от точки взаимодействия размещены два небольших электромагнитных калориметра (EM ZDC).


Рис. 15.

    Пучок отклоняется двумя дипольными сепараторами. Эти магниты отклоняют также спектаторные протоны, отделяя их от спектаторных нейтронов, которые летят под 0о. Таким образом, между дипольными сепараторами, с двух сторон от точки взаимодействия, оказалось возможным установить набор из двух детекторов, один из которых (ZN), расположен между двумя пучками и служит для регистрации спектаторных нейтронов, а другой (ZP), внешний по отношению к исходящему пучку, служит для регистрации спектаторных протонов. 


Рис. 16. Калориметры ZDC.

 


Рис. 17. Спагетти-калориметр ZDC.

        Калориметры ZDC – "спагетти-калориметры". Они представляют собой стек металлических пластин с желобами, в которых размещены кварцевые волокна, ориентированные примерно вдоль направления прилета частиц.Частицы адронного ливня, возникающего при взаимодействии высокоэнергичных протонов и нейтронов с материалом пластин, генерируют в кварцевых волокнах черенковское излучение, которое благодаря полному внутреннему отражению распространяется до конца световода и регистрируется ФЭУ.
    В детекторах ZN в качестве пассивного материала используется вольфрамовый сплав, в детекторах ZP – латунь.
    В столкновениях тяжелых ионов детекторы ZN регистрируют все спектаторные нейтроны, детекторы ZP – ~ 70% спектаторных протонов.

    В очень периферических соударениях значительное число спектаторных нуклонов образуют фрагменты, имеющие отношение заряда к массе близкое к таковому у Pb. Эти фрагменты не могут быть идентифицированы ZDC. Как следствие, небольшое энерговыделение в ZDC может быть как  для центральных событий, где число спектаторов мало, но и для очень периферийных событий.
    Чтобы различить эти события, кроме адронных калориметров (ZDC) установлены два электромагнитных калориметра (ZEM). Они измеряют, событие за событием, энергию частиц (в основном из фотонов от распадов π0). Так как эта энергия монотонно возрастает с центральностью соударений, ее значение может помочь дискриминации между центральными и периферическими столкновениями. Центральные события могут быть идентифицированы по небольшому энерговыделению в адронном калориметре (ZDC)сопровождаемому значительному энерговыделению в электромагнитном (ZEM).
    Поглотитель ZEM выполнен из 40 свинцовых пластин, каждая толщиной 3 мм. Кварцевые волокна находятся в слоях между пластинами. Чтобы максимизировать отклик детектора, волокна и пластины находятся под углом  45о по отношению к оси LHC, т.к. черенковское излучение при этом угле максимально. Длина поглотитель составляет 35.4X0. Таким образом ливни, генерированные падающей частицей полностью поглощаются в калориметре, диапазон псевдобыстрот которого
4.8 < η <5.7.

Детектор множественности фотонов PMD


Рис. 18. Схема детектора PMD.

    Детектор множественности фотонов − PMD (Photon Multiplicity Detector) служит для измерения событие за событием множественности и пространственного распределения фотонов в диапазоне псевдобыстрот 2.3 ≥ η ≥ 3.5. Он расположен на расстоянии 364 см от точки взаимодействия (рис. 19).
    PMD − предливневый детектор. Толщина конвертера 3X0 (1.5 см свинца и 0.5 см нержавеющей стали). Он находится между двумя плоскостям высоко гранулированных пропорциональных газовых счетчиков с сотовой структурой. Газовые счетчики в передней части PMD используются как VETO-детектор заряженных частиц, вторая плоскость пропорциональных счетчиков служит для иденификации фотонов .
    Каждая плоскость пропорциональных счетчиков состоит из 24 модулей.(рис. 18) В каждом модуле 4608 сотовых ячеек.

 


Рис. 19. Расположение детекторов PMD и FMD. Расстояния от точки взаимодействия (ТВ): PMD − 3.64 м, FMD1 − 3.2 м, FMD2i − 0.834 м, FMD2o − 0.752 м, FMD3i − -0.628 м, FMD3o − -0.752 м.

Детектор множественности FMD

    Основная задача детектора FMD (Forward Multiplicity Detector) − измерение множественности частиц, вылетающих под небольшими углами (от ~0.75о до 21о) к оси столкновения. Кроме того, он позволяет определять общее количество частиц производимых в p+p и Pb+Pb столкновениях и флуктуации множественности.
    FMD − полосковый кремниевый детектор. FMD состоит из 5 колец полосковых детекторов (в общей сложности 51 200 полосок (стрипов)) (рис. 19 и 20). Кольца двух типов: внутренние, которые состоят из 10 пластин разделенных на 20 секторов с 1024 стрипами и внешние с 40 секторами и 512 стрипами. В FMD 3 групы детекторов − FMD1 (3.62 < η < 5.03), FMD2 (1.7 < η < 3.68) и FMD3 (-3.4 < η < -1.7). В FM1 имеется только внутреннее кольцо. В FMD2 и FMD3 состоят из внутреннего и внешнего колец. Перекрытие по быстротам между FMD и внутренним слоем (SPD) трекинговой системой (ITS) обеспечивает непрерывное покрытие для распределения вершин вдоль оси z. Кроме того, высокая радиальная сегментация детектора позволяет измерять множественность событие за событием, а азимутальная сегментация − определять плоскость реакции для каждого события.
    В центральных столкновения двух ядер свинца в каждом событии заряженные частицы попадают на все полоски (стрипы) (в среднем от 0.5 до 3 заряженных частиц на стрип). (FMD выдерживает до 20 минимально ионизирующих частиц на стрип прежде, чем наступает насыщение.) Число частиц, попавших на каждый стрип, может быть определено путем измерения полной энергии, оставленной частицам в стрипе в каждом событии, и сравнения его с энергией, оставляемой одной частицей.
    В периферийных или протон-протонных столкновениях общее число заряженных частиц значительно меньше (примерно в 200 раз) и многие полосы будет "пустыми", так что число заряженных частиц может быть определено подсчетом стрипов, в которые попали частицы.


Рис. 20. Расположение детекторов FMD и T0.

Cтартовый триггерный детектор Т0


Рис. 21. Фотография детектора T0.

    T0 детектор служит для выработки стартового сигнала для детектора времени пролета (TOF) с точностью около 50 пс. Этот сигнал соответствует реальному времени столкновения (плюс фиксированное время задержки) и не зависит от положения вершины. Это позволяет измерить положение вершины с точностью ±1.5 см для каждого взаимодействия и обеспечить сигнал запуска установки ALICE на нулевом уровне (L0), в случае, если положение вершины события лежит в заданных пределах. Это позволяет дискриминировать фоновые события взаимодействия пучка с остаточным газом в ионопроводе. T0 позволяет грубо оценить множественность события и генерирует одно из трех возможных сигналов, соответствующих малой множественности (периферическое взаимодействие), средней множественности (полуцентральное взаимодействие) и большой множественности (центральное взаимодействие). Однако оценка множественности в T0 ограничена довольно небольшим диапазоном псевдобыстрот. Оценка множественности в T0 − резервный вариант для детектора V0, который охватывает значительно больший диапазон псевдобыстрот. Кроме того, T0 генерирует сигнал "раннего пробуждения" (до L0) для детектора переходного излучения (TRD).
    Детектор состоит из двух наборов ФЭУ с кварцевыми черенковскими радиаторами, 12 счетчиков в каждом. Один из наборов, T0С, находится на расстоянии 72.7 см от точки взаимодействия. Диапазон псевдобыстрот у  T0С -3.28 ≤ η ≤ -2.97. На противоположной стороне от точки взаимодействия, на расстоянии 375 см, находится T0А, который сгруппирован вместе с другими детекторами (FMD, V0 и PMD) и охватывает диапазон псевдобыстрот 4.61 ≤ η ≤ 4.92. В радиальном направлении детекторы T0 расположены как можно ближе к пучку, как можно максимизировать эффективность триггера.

Триггерный сцинтилляционный детектор V0

    Детектор V0 предназначен для выработки

  • быстрого триггерного сигнала в pp и тяжелоионных столкновениях;
  • быстрого вето-сигнала при взаимодействии пучка с остаточным газом в экспериментах с протонными пучками;
  • предварительного сигнала о центральности взаимодействия тяжелых ионов;
  • быстрой оценки светимости;
  • сигнала быстрой активизации TRD.

Рис. 22. Сегментация V0A/V0C

Кроме того, V0C позволяет отклонить большую часть ложных срабатываний мюонных триггеров.
    В ALICE два триггерных быстрых сцинтилляционных детекторов − V0A и V0C. Детектор V0A находится в 340 см от точки взаимодействия, перед входом в димюонный спектрометр, V0C −
в 90 см от точки взаимодействия в противоположной стороне. Они охватывают диапазоны псевдобыстрот 2.8 < η < 5.1 (V0A) и
-3.7 < η < -1.7 (V0C).
    Каждый детектор состоит из  4 колец сцинтиллятора, излучение которого считывается и преобразуется спектросмещающими волокнами (WLS). Каждое кольцо разделено на восемь секторов. Каждый сектор состоит из 4 изолированных сегментов. Толщина колец сцинтиллятора у V0A − 2.5 см, у V0C − 2 см. Излучение транспортируется к ФЭУ спектросмещающими волокнами (в V0C также с помощью оптических волокон). В детекторе V0A WLS волокна внедрены в два поперечных торца сегментов. Всего в V0A 32 счетчика. В детекторе V0C волокна приклеены к двум радиальным поверхностям сегментов. В двух внешних кольцах V0C  по 16 попарно соединенных сетчиков. Всего в V0C 48 счетчиков. 


Рис. 23. Конструкция V0A (слева) и V0C (справа).

Литература

На головную страницу

Рейтинг@Mail.ru