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O Experimento ALICE

ALICE(A Large Ion Collider Experiment) é o único experimento do LHC(Large Hadron Collider) do CERNprioritariamente dedicado ao estudo de colisões entre íons pesados relativísticos. A energia no centro de massa, por nucleon, das colisões geradas no LHC (5.5 TeV) são, aproximadamente, 30 vezes maior que a energia das colisões geradas no RHIC. Portanto, novos processos físicos deverão estar presentes nessas colisões. Experiências anteriores mostram que um salto tão significativo na escala de energia nessas colisões leva inevitavelmente à descoberta de novos fenômenos.

Foto do experimento ALICE.

O ALICE é um experimento bastante amplo cujos detectores identificam hádrons, léptons e fótons produzidos na interação, além de medir os vários parâmetros associados a essas partículas. Um design novo, com uma otimização bem diferente das demais experiências do LHC,dedicadas às colisões próton-próton, foi desenvolvido para o ALICE. Isso resultou dos requerimentos de identificação de partículas e reconstrução de trajetórias em um amplo espaço de fase, onde milhares de partículas serão produzidas simultaneamente. Para satisfazer essa necessidade de medir e identificar os diferentes tipos de partículas com taxas de produção tão elevadas, um conjunto complexo de detectores de diversas tecnologias serão integrados neste projeto. O desenho esquemático do conjunto de detectores que irão compor o ALICE é mostrado na figura abaixo. Cada componente se utiliza do que há de mais novo e avançado nas áreas de detectores e de eletrônica de aquisição de dados. O laboratório CERN, bem como várias das instituições participantes do ALICE, possuem grupos de pesquisa em instrumentação dedicados ao desenvolvimento de novas tecnologias em diversas áreas. O grupo de São Paulo, sendo parte desta colaboração, também terá o acesso facilitado aos resultados destas diversas áreas de pesquisa tecnológica.

Equema do experimento ALICE.

A detecção de muons é feita com um espectrômetro dedicado, que inclui um grande dipolo magnético que cobre um intervalo de rapidez de –4.0 a –2.4. Hadrons, elétrons e fótons são detectados e identificados na região de rapidez central (pseudo-rapidez entre -0.9 e 0.9) por um complexo sistema de detectores imersos em um campo magnético de 0.5 T. A reconstrução de trajetórias baseia-se em um conjunto de detectores de alta granularidade: o chamado Inner Tracking System composto de 6 camadas de detectores de silício, uma câmara de projeção de tempo (Time Projection Chamber – TPC) de grande volume e um detector de transição de radiação (Transition Radiation Detector - TRD) de alta granularidade. A identificação de partículas na região central é feita medindo-se a perda de energia nos detectores de reconstrução de trajetória, a radiação de transição no TRD, o tempo de vôo (Time of Flight - TOF) em um conjunto de detectores de tempo de alta resolução, radiação de Cherenkov com um detector de identificação de partículas com alto momento (High-Momentum Particle Identification Detector – HMPID), e fótons com um espectrômetro de fótons de cristal (PHOton Spectrometer – PHOS). Detectores adicionais localizados em regiões mais frontais completam o sistema de detecção central para caracterizar o evento e gerar o gatilho de interação. Eles cobrem um ampla região angular (pseudo-rapidez entre -3.4 e 5.1) para a medida de partículas carregadas e gerar o gatilho do evento (Foward Multiplicity Detector – FMD, V0 e T0), e uma região angular mais restrita (pseudo-rapidez entre 2.3 e 3.5) para a medida de multiplicidade de fótons (Photon Multiplicity Detector – PMD), e a cobertura da região de rapidez do feixe para medir nucleons “espectadores” em colisões de íons pesados (Zero-Degree Calorimeters – ZDC).

Evento real de uma colisão entre íons de chumbo medido pelo experimento ALICE.

O programa de física do ALICE inclui a realização de medidas com íons mais leves do que Pb a fim de estudar a dependência com a densidade de energia dos fenômenos medidos. Ele também inclui a tomada de dados de colisões entre prótons e entre prótons e núcleos a fim de se obter dados de referência.