Обзор детекторов

    Детекторы ALICE представляют собой крайне сложные устройства, разработанные специально для этого эксперимента, поэтому более или менее подробный обзор всех его составляющих невозможен в масштабах одного доклада. Далее будет приведено краткое описание лишь некоторых из них. И лишь фотонному спектрометру PHOS будет уделено большее внимание.

L3 Magnet

Рис. 5. L3 Magnet.

    Основная часть детекторов ALICE заключена внутри большого магнита со слабым соленоидальным полем (внутри размещены такие детекторы, как внутренняя трековая система, фотонный спектрометр, счетчики времени пролета и др.).
    Оптимальным выбором для эксперимента стал большой соленоид со слабым магнитным полем. Выбор слабого постоянного соленоидального поля вместе с непрерывным отслеживанием в TPC существенно облегчает задачу распознавания частиц. Сила поля – компромисс между разрешающей способностью по моменту, порогом чувствительности и эффективностью отслеживания – будет равна 0.2 Т, позволяя полностью отслеживать и распознавать частицы вплоть до импульса 100 МэВ/с. Более низкие значения момента будут улавливаться внутренней трековой системой. Внутренний радиус магнита должен быть большим настолько, чтобы вместить внутрь себя электромагнитый калориметр для регистрации прямого гамма-излучения, который из-за высокой плотности частиц должен быть размещен на расстоянии 5 метров от вершины распада.
    Магнит L3 полностью удовлетворяет перечисленным требованиям. Он может быть оставлен в своей нынешней позиции, с центром, располагающимся на 0.3 метра ниже оси пучка БАК. Потребовались некоторые ремонтные и профилактические работы в конце его работы на ускорителе ЛЭП, чтобы удостовериться в его работоспособности в предстоящих экспериментах.

Inner Tracking System

Рис. 6. Inner Tracking System.

    Основная задача внутреннего отслеживания – реконструкция вторичной вершины распада c-кварков и гиперонов, идентификация частиц, отслеживание частиц с низкими моментами и улучшение разрешающей способности по моменту – все это было достигнуто с помощью шести цилиндрических слоев детекторов высокого разрешения. Из-за высокой плотности частиц, четыре ближайших к центру слоя (r < 24 см) можно назвать в полном смысле двумерными устройствами, так как будут оборудованы кремниевыми пиксельными и дрейфовыми стриповыми детекторами. Кремниевые пиксельные детекторы представляют собой матрицу из огромного числа (сотни тысяч) отдельных детекторов (пикселей) очень маленького размера (десятки микрон). Если частица попадает в пиксель, то мы знаем энергию, которая осталась в этом пикселе и его координаты X,Y. Для внешних слоев площадь увеличивается, и число пикселей будет настолько большим, что снять с них информацию технически невозможно. Кроме того, пиксельные детекторы очень дорогие. По этой причине внешние слои сделаны на кремниевых дрейфовых стриповых детекторах. В них одна координата определяется положением самой полоски, а вторую можно определить по времени дрейфа. Внешний суперслой с радиусом r45 см будет оборудован двусторонними кремниевыми микростриповыми детекторами.

Time Projection Chamber

    Необходимость в эффективном и надежном отслеживании привела к выбору TPC, как основной трековой системе. Этот трековый детектор представляет собой дрейфовую многопроволочную камеру. Время дрейфа образовавшихся электронов до собирающего электрода зависит от координат точки, где эти электроны образовались. По регистрации электронов можно будет восстановить пути частиц.

Time Of Flight

    Длительность процессов, в которых рождаются частицы при взаимодействии двух тяжелых ионов, на много порядков меньше, чем время пролета. Для регистрации частиц используются газовые счетчики с малыми межэлектродными промежутками, обладающие временным разрешением порядка 20 пикосекунд.

Photon Spectrometer

    Фотоны также представляют собой очень важный, уникальный инструмент исследований взаимодействий тяжелых ядер сверхвысоких энергий. Фотоны испускаются из сгустка непосредственно в момент их рождения без дальнейшего взаимодействия. Дело в том, что фотоны взаимодействуют только электромагнитным образом, их сечение взаимодействия мало, и, следовательно, их длина свободного пробега намного превышает размеры сгустка. Поэтому они вылетают из сгустка в момент своего образования, и тем самым несут неискажённую информацию о его свойствах. Эволюция здесь такая – образуется сгусток плазмы, он постепенно расширяется, охлаждается, в конце концов, его размеры становятся таковыми, что прекращается всякое взаимодействие, и частицы, которые родились при столкновении, разлетаются и доходят до детектора. Родившиеся адроны следуют за эволюцией системы, несут информацию только о последней стадии, когда все остыло (условно остыло, там тоже высокие температуры порядка 90 МэВ). Поэтому при регистрации адронов трудно извлечь информацию о ранних стадиях. Тогда как фотоны испускаются на разных стадиях эволюции, следят за эволюцией, и, измеряя температурный спектр фотонов, можно установить и начальную температуру, и дальнейший ее ход.
   Специально для этих исследований создается новый фотонный спектрометр PHOS, (PHOton Spectrometer). Проект идет под руководством Курчатовского института.