ALICE A Large Ion Collider Experiment

1. ALICE A Large Ion Collider Experiment GiacomoContin – Università e INFN di Trieste / CERN

2. ALICE: A Large Ion Collider Experiment • ALICEè progettata per lo studio di collisioni • tra ioni pesanti all’energia √sNN=5.5 TeV • Gli obiettivi dell’esperimento: • formazione di una nuova fase della materia nucleare (Quark Gluon Plasma) • studio del confinamento e della rottura spontanea della simmetria chirale (generazione delle masse adroniche) • studio delle proprietà e delle ‘firme’ del QGP LHC

3. ALICE A Large Ion Collider Experiment Gliobiettividell’esperimento Il rivelatore I primidati

4. Quark Gluon Plasma • I nucleoniperdono la propriaidentità: • schermaggiodicolore • deconfinamentopartonico • ripristinosimmetriachirale Nuclear matter phase diagram Universoprimordiale. Pochiμs dopoil Big Bang l’Universo era nellafase QGP: la materia era ‘colorata’, quark e gluonipotevanomuoversiliberamente in tale sistema. Nellafasediraffreddamento la materiavieneconfinata e acquistamassa. ALICE @ LHC:vuolericreare le stessecondizionidipochiistantidopoil Big Bang • Transizionedifase@ • Alta temperaturaTc~175 KeV • Densitàdienergiaє~1 GeV/fm3

5. SPS RHIC LHC 0.017 T/Tc 1.1 1.9 3-4  (GeV/fm3) 3 5 15-60 ≤2 2-4 ≥10 QGP (fm/c) Vf(fm3) few 103 few 104 few 105 IlQuark Gluon Plasma in ALICE • Alcunieffetti del QGP osservatiin condizioni molto diverse didensitàenergiadaiprecedentiesperimenti@ SPS, RHIC. • ALICEestenderàl’osservazionein un range piùfavorevoleallacreazione del QGP. 0.2 5.5 √sN N (TeV)

6. Caratterizzazionedeglieventi e firme del QGP • In questecondizioni, ALICE è progettataper rivelare la presenza del QGP attraverso le sue firme e per descrivereimeccanismicoinvolti in questatransizionedifase: • caratterizzazioneglobaledell’evento • molteplicitàdiparticellecariche • centralitàdellacollisione • flow collettivo • ratio fraparticelle, spettri in momento • osservazionedelle ‘firme’ del QGP • soppressionedeiquarkonia • aumentodistranezza • open charm & beauty • soppressionedellacorrelazione back-to-back • soppressionead alto pt • produzionediγ & leptonsidiretti

7. z y x Condizioniiniziali: geometriadellacollisione Centralità parametrod’impatto (b) selezionesullageometriadellacollisione spettatori “periferici” => b ~ bmax “centrali” => b ~ 0 partecipanti: nucleoninella zonadi overlap spettatori 1 2 3 4

8. QGP signatures_1: SoppressionedeiQuarkonia • Nellafase QGP, glistaticcˉ and bbˉ (quarkonia)sonosfavoriti a causadelloschermaggiodicolore. • Al momento del raffreddamento del sistemai due quark hannomenoprobabilitàdilegarsi. • Studiprecedenti(@ SPS-RHIC) mostranounasoppressione in urtitraioni • ALICE@LHC • maggioredensitàdienergia(15-60 GeV/fm3) • maggiore rate diproduzionedi “quarkonia”, abbastanza per studisubottomonium( Υ) • J/ψdiretti(sensibili al QGP) Vs. J/ψda decadimento di B • Prestazionirichieste al tracciatoreinterno • altarisoluzione: fino a ~20μm • per parametrod’impattoditraccia • per la separazione del verticisecondaridaiprimari Measured/expected J/ψ suppression Direct and from B-decay J/ψmultiplicity in ALICE events

9. Pb+Pb Pb+Pb p+A p+A QGP signatures_2: L’aumentodistranezza • Normalmenteibarionistranisonosoppressidallagrandemassa del quark strano: ms~500MeV. • Nellafase QGP: •  la massa del quark s tendeallamassanudams~ 100 MeV •  il quarks vieneprodottopiùfacilmente •  l’aumentoè sistematicamentepiùelevato in accordocolnumerodi quark stranicontenutinellaparticella • @SPS,RHIC: • nessunaumentoin p+Pb • grandeaumentodiproduzionedibarionistraniosservato in collisioniPb+Pbrispetto a p+A Hyperon yields per participants in Pb+Pb, normalized to P+Be [NA57] Aumento ancora maggiore atteso a LHC !

10. QGP signatures_3: Open charm ebeauty. • Misuredi open charm and beauty permetterannodi: • studiarviglieffetti del mezzo attraversatosullaproduzione, la propagazione e l’adronizzazione • avere un riferimento per lo studio deiQuarkonia Requested track impact parameter resolution as a function of pt D0 K-p+ • Richiesteai detector: • altarisoluzionediparametrodiimpattodellatraccia(cruciale per studiareparticelle con cτ~100μm ) • risoluzionept~1% • PIDper momentida0.2 GeV/c ad alcuniGeV/c z r

11. - pp  d-Au central Au-Au hadrons leading particle q q Correlazioniazimutalidei jet (jet quenching) • la densitànellazonacentrale è tale chequel volume è “opaco” (fortementeintergente). • Solo ilpartonepiùvicinoallasuperficiedàluogo a un Jet. L’altro “vieneriassorbito” nel mezzo.

12. Space-time Evolution of the Collision p L p K f e jet m g Freeze-out Hadronization QGP Pre-equilibrium Pb Pb time g e  Expansion  space

13. 60 << 62 rivelare tracciare identificare I compitidi ALICE: ~40.000 particelle per evento Singolacollisione: Pb+Pb @ 5.5 TeV

14. ALICE A Large Ion Collider Experiment Gliobiettividell’esperimento Il rivelatore I primidati

15. Il rivelatore ALICE Solenoid magnet 0.5 T

16. Size: 16 x 26 meters Weight: 10,000 tons Detectors:18 Il rivelatore ALICE

17. Il rivelatore ALICE Inner Tracking System (ITS): 6 Si Layers (pixels, drift, strips) Ricostruzione del vertice, dE/dx copertura: -0.9<<0.9

18. Il rivelatore ALICE TPC (Time Projection Chamber) Tracking, dE/dx copertura: -0.9<<0.9

19. Il rivelatore ALICE Transition Radiation Detector Identificazione degli elettroni (p>1 GeV/c) copertura: -0.9<<0.9

20. Il rivelatore ALICE Time Of Flight PID (K,p,) copertura: -0.9<<0.9

21. Il rivelatore ALICE HMPID: High Momentum Particle Identification (, K, p) • RICH • Hard Probes

22. Il rivelatore ALICE PHOS:  identification • cristalli di PbWO4 • fotoni e mesoni neutri • -jet tagging

23. Il rivelatore ALICE PMD: Photon Multiplicity Detector • Preshower detector con granularitàfine • E-by-E fluctuaction, DCC, flow

24. Il rivelatore ALICE MUON arm • Dimuons and vector mesons • 2.4 < < 4

25. Il rivelatore ALICE

26. SSD+SDD scendono in caverna… …e finalmentevengonoinstallatinelsito finale 50 m

27. ALICE A Large Ion Collider Experiment Gliobiettividell’esperimento Il rivelatore I primidati

28. Raggicosmici in ALICE Primo cosmicotracciatodall’ITS autunno 2009 TPC ITS Cosmicotracciatoda ITS+TPC

29. Eventipp in ALICE • ATLAS e CMS sonoesperimentidedicati • ALICE puòeffettuaremisuredicollisioni pp? • In pp bassemolteplicità: iltracciamentooffreprestazionimigliori (in termini diefficienza e risoluzione) che con ionipesanti • Checosarende ALICE speciale per pp? • Il basso pT cut off (~ 0.1 GeV/c) • Basso campo magnetico (max. 0.5 T) • Basso spessoredimateriale del tracciatore(X/X0 ~ 10%) • Eccellenticapacitàdiidentificazionediparticelle • Qualisvantaggi per essere un esperimentodedicato a misure con ionipesanti? • Concepito per basseluminosità (TPC è un rivelatore lento, max tempo dideriva = 88 µs)

30. Prime collisioni pp: event display (23/11/2009)

31. Prime misure: molteplicitàdiparticellecariche Dipendenzadellamolteplicità (dNch/dη) dallapseudorapidità. Molteplicitàdiparticellecariche in funzionedell’energiadicollisione.

32. Identificazionediparticella con idiversi detector ITS TPC TOF pp @ 900 GeV 15/2/2006 LHCC Status Report J. Schukraft

33. Ricostruzionedialcunidecadimenti p pp @ 900 GeV PDG: 1115.7 MeV K0s PDG: 497.6 MeV p PDG: 1115.7 MeV

34. Ricostruzione online: pp @ 7 TeV

35. Ricostruzione online HLT: vertice @ 7 TeV xy z x y

36. ALICE resta in attesadellecollisioniPb-Pb... EventoPbPbsimulato

37. Grazie per l’attenzione ...