Avec des portes rouges massives pesant 350 tonnes chacune, il faut plus que prononcer "open sésame" pour ouvrir le détecteur ALICE. Derrière les portes se trouvent le fonctionnement interne d'un détecteur unique construit pour étudier les conditions de la matière quelques instants après la naissance de l'Univers, conditions recréées dans le LHC.

Lors de la mise hors service du complexe d'accélérateurs du CERN en décembre 2018, scientifiques et techniciens ont pénétré dans la caverne d'ALICE, 56 mètres sous terre, d'ouvrir le blindage massif autour de l'aimant et de commencer à travailler sur le détecteur. Ces travaux d'entretien et de mise à niveau dureront deux ans, le temps que le CERN a alloué pour une pause technique appelée Long Shutdown 2 (LS2). Pour ALICE, Les activités LS2 ont démarré à un rythme soutenu, avec un programme complet prévu d'améliorations ou de remplacements de sous-détecteurs ainsi que de systèmes de déclenchement et d'acquisition de données.

ALICE est dédiée à l'étude du plasma quark-gluon (QGP), un état de la matière qui prévalait dans les premiers instants de l'Univers. En heurtant des particules, à savoir les protons et les noyaux de plomb, du Grand collisionneur de hadrons (LHC), ALICE peut récolter des données à la frontière des hautes énergies.

Luminosité accrue, d'abord en 2021 et plus tard dans le projet LHC à haute luminosité (HL-LHC), ouvrira un éventail de possibilités et de défis pour ALICE. Une augmentation de la luminosité – une mesure du nombre de collisions par unité de temps – permettra à ALICE d'étudier des phénomènes rares et d'effectuer des mesures de haute précision, faire la lumière sur la thermodynamique, évolution et flux du QGP, ainsi que sur les interactions quarks et gluons.

Au cours de cette mise à niveau, un tube de faisceau de plus petit diamètre remplacera celui existant d'ALICE. À l'intérieur du tube de faisceau, les particules voyagent presque à la vitesse de la lumière et s'entrechoquent à l'intérieur du noyau du détecteur, générant de nombreuses nouvelles particules. Les scientifiques s'intéressent à la détermination de la position du point d'interaction, et la réduction du diamètre du tube du faisceau améliore cette mesure d'un facteur trois par rapport au présent détecteur. ALICE deviendra également meilleur pour détecter les particules avec une durée de vie plus courte, c'est-à-dire ceux qui se désintègrent plus près du point d'interaction.

Le besoin d'un nouveau tube de faisceau est lié au remplacement du système de suivi interne (ITS), qui l'entoure. Le nouveau STI sera équipé d'équipements innovants, puces de capteur de pixels compacts. Ce système de suivi mesure les propriétés des particules émergeant des collisions, il doit donc être rapide et précis pour gérer les taux de collision plus élevés à l'avenir. Le nouveau système améliorera considérablement la capacité du détecteur à localiser et à reconstruire les trajectoires des particules.

Le capteur et les puces de lecture intégrés dans le même morceau de silicium pour le nouveau système de suivi interne seront également utilisés dans le suivi avant des muons (MFT), qui traque les muons à proximité du tube du faisceau. Cela promet une excellente résolution spatiale, rendant ALICE non seulement plus sensible à plusieurs mesures, mais aussi capable d'accéder à de nouveaux actuellement hors de portée.

Une mise à niveau majeure de la chambre à projection temporelle (TPC) d'ALICE, un cylindre de 88 mètres cubes rempli de détecteurs de gaz et de lecture qui suit les trajectoires des particules en 3D, est également en cours. Les particules chargées pulvérisées depuis le point de collision ionisent le gaz le long de leur trajet, libérant des nuages ​​d'électrons qui dérivent vers les plaques d'extrémité du cylindre. Ceux-ci constituent un signal qui est amplifié puis lu. La lecture actuelle, basé sur la technologie à chambre proportionnelle multifils, ne sera pas en mesure de faire face à des taux d'interaction accrus, il sera donc remplacé par des chambres à multiplicateur d'électrons à gaz (GEM) à plusieurs étages. Cette mise à niveau augmentera le taux de lecture du détecteur d'environ deux ordres de grandeur.

En outre, un nouveau détecteur de déclenchement à interaction rapide (FIT) détectera les particules qui se dispersent avec un petit angle par rapport à la direction du faisceau et remplacera trois détecteurs de déclenchement actuels. Il supprimera les signaux indésirables, y compris les interactions du faisceau avec le gaz résiduel dans le tube du faisceau.

Un facteur 100 de gain en statistiques

En raison de l'augmentation de la luminosité et du taux d'interaction, une quantité de données beaucoup plus importante devra être traitée et sélectionnée. Electronique plus puissante, Les systèmes de traitement de données et de calcul ont donc été conçus pour soutenir un débit et des performances élevés. La collaboration ALICE installe actuellement un nouveau centre de données au-dessus du sol pour améliorer la capacité de calcul. Lorsque la nouvelle exploitation du LHC débutera en 2021, le détecteur nettement amélioré offrira un gain statistique d'un facteur 100.

Quand les portes magnétiques d'ALICE se referment à l'été 2020, ils cacheront un instrument encore plus puissant, prêt à se lancer dans plus de collisions et plus de prise de données.