تجربة أليس

46°15′04.8″N 6°01′12.5″E / 46.251333°N 6.020139°E / 46.251333; 6.020139

تحتوي هذه المقالة على العديد من المشكلات. يُرجى المساعدة في تحسينها أو مناقشة هذه المشكلات على صفحة المناقشة . ( تعرف على كيفية ومتى يمكنك إزالة هذه الرسائل ) قد لا يعكس أسلوب أو لهجة هذه المقالة النغمة الموسوعية المستخدمة في ويكيبيديا .راجع دليل ويكيبيديا لكتابة مقالات أفضل للحصول على اقتراحات. ( أبريل 2024 )( تعرف على كيفية ومتى يمكنك إزالة هذه الرسالة ) تحتاج هذه المقالة إلى مصادر إضافية للتحقق .الرجاء المساعدة في تحسين هذه المقالة عن طريق إضافة الاستشهادات إلى مصادر موثوقة . قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها. ابحث عن المصادر:  "تجربة أليس" - الأخبار  · الصحف  · الكتب  · العلماء  · JSTOR ( أبريل 2024 )( تعرف على كيفية ومتى يمكنك إزالة هذه الرسالة ) قد تتطلب هذه المقالة بعض التحرير من حيث القواعد النحوية، أو الأسلوب، أو التماسك، أو اللهجة، أو الإملاء .يمكنك المساعدة عن طريق تحريره . ( أبريل 2024 )( تعرف على كيفية ومتى يمكنك إزالة هذه الرسالة ) ( تعرف على كيفية ومتى يمكنك إزالة هذه الرسالة )

أليس

نظرة عامة على جهاز الكشف ALICE
تشكيل	خطاب النوايا المقدم في يوليو 1993
المقر الرئيسي	جنيف ، سويسرا
قائمة المتحدثين باسم ALICE	ماركو فان ليوين لوتشيانو موسى فيديريكو أنتينوري باولو جوبيلينو يورغن شوكرافت
موقع إلكتروني	https://alice.cern/

مصادم الهدرونات الكبير
(LHC)

خطة تجارب LHC والمسرعات الأولية.
تجارب LHC
أطلس	جهاز LHC حلقي الشكل
نظام إدارة المحتوى	ملف لولبي مضغوط للميون
LHCb	جمال LHC
أليس	تجربة تصادم الأيونات الكبيرة
الطوطم	المقطع العرضي الكلي والتشتت المرن والتفكك الحيودي
مصادم الهادرونات الكبير	LHC-إلى الأمام
مويدال	كاشف أحادي القطب والأجسام الغريبة في LHC
فاسر	تجربة البحث المتقدم
إس إن دي	كاشف التشتت والنيوترينو
مُسرِّعات LHC الأولية
p و الرصاص	المعجلات الخطية للبروتونات ( Linac 4) والرصاص (Linac 3)
(غير محدد)	معزز السنكروترون البروتوني
ملاحظة:	سنكروترون البروتون
إس بي إس	مسرع البروتون الفائق

ALICE ( تجربة مصادم الأيونات الكبير ) هي واحدة من تسع تجارب كاشفة في مصادم الهدرونات الكبير في سيرن . صُممت التجربة لدراسة الظروف التي يُعتقد أنها كانت موجودة فور الانفجار العظيم من خلال قياس خصائص بلازما الكوارك-الغلوون . ^[1]

تم تصميم ALICE لدراسة التصادمات عالية الطاقة بين نوى الرصاص . تحاكي هذه التصادمات درجة الحرارة القصوى وكثافة الطاقة التي كان من الممكن العثور عليها في أجزاء من الثانية بعد الانفجار العظيم من خلال تكوين بلازما كوارك-غلوون ، وهي حالة من حالات المادة حيث تكون الكواركات والغلوونات غير مرتبطة . ^[2]

إن فهم تحرير الكوارك وخصائص بلازما الكوارك-الغلوون من القضايا الرئيسية في الديناميكا اللونية الكمومية ودراسة فيزياء المادة المتفاعلة بقوة . وتدعم النتائج التي توصلت إليها تجربة ALICE فهم التفاعلات بين الجسيمات الأولية والظواهر المعقدة مثل حبس اللون واستعادة التناظر الكيرالي . ومن المتوقع أن يؤدي إعادة إنشاء بلازما الكوارك-الغلوون وفهم تطورها إلى إلقاء الضوء على كيفية تنظيم المادة والآليات التي تحصر الكواركات والغلوون وطبيعة القوة النووية القوية ودورها في توليد الجزء الأكبر من كتلة المادة العادية.

تتنبأ الديناميكا اللونية الكمومية (QCD) بأنه عند كثافات طاقة عالية بما فيه الكفاية، سيحدث انتقال طوري مع المادة الهادرونية التقليدية ، حيث يتم حصر الكواركات داخل الجسيمات النووية، والانتقال إلى بلازما كوارك-غلوون ، حيث لا تكون كذلك. يُعتقد أن عكس هذا الانتقال حدث عندما كان عمر الكون حوالي ميكروثانية واحدة (10 ⁻⁶ ثانية) وقد يحدث أيضًا في مراكز النجوم النيوترونية المنهارة والأجسام الفيزيائية الفلكية الأخرى. ^{[3] [4]}

تمت مناقشة فكرة بناء كاشف أيونات ثقيلة مخصص لمصادم الهدرونات الكبير لأول مرة في اجتماع "نحو برنامج LHC التجريبي" الذي استضافته إيفيان بفرنسا في مارس 1992. أدى الاجتماع في النهاية إلى العديد من برامج LHC، بما في ذلك ATLAS و CMS . ^[5] بعد إيفيان، تم تشكيل تعاون ALICE وتم تقديم خطاب نوايا في عام 1993. ^[6]

تم اقتراح ALICE لأول مرة كجهاز كشف مركزي في عام 1993 وتم استكماله لاحقًا بمطياف ميون أمامي إضافي تم تصميمه في عام 1995. في عام 1997، سُمح لـ ALICE بالمضي قدمًا نحو التصميم النهائي والبناء من قبل لجنة LHC. ^[7]

لقد تم قضاء السنوات العشر الأولى في التصميم وجهود البحث والتطوير المكثفة . وكما هو الحال مع تجارب LHC الأخرى، فإن تحديات فيزياء الأيونات الثقيلة في LHC تتطلب تقدمًا يتجاوز التكنولوجيا الموجودة. في بعض الحالات، قد يتطلب الأمر تقدمًا تكنولوجيًا من أجل إنجاز التصميمات الأولية للمشروع. أدت جهود البحث والتطوير المنظمة جيدًا، والتي استمرت على مدار معظم تسعينيات القرن العشرين، إلى تقدم كبير في أجهزة الكشف والإلكترونيات والحوسبة .

يجب أن يكون الكاشف متعدد الأغراض، وقادرًا على قياس مجموعة واسعة من الإشارات، مع المرونة في الإضافات والتعديلات مع ظهور طرق بحث جديدة. لمكافحة هذه التحديات، تضمن ALICE دعمًا لعدد من العناصر القابلة للملاحظة التي لم تكن مطلوبة في البداية. تمت إضافة أنظمة كشف رئيسية مختلفة على مر السنين، بما في ذلك مطياف الميون في عام 1995، وكاشفات الإشعاع الانتقالي في عام 1999، ومقياس السعرات الحرارية النفاث الكبير في عام 2007.

في عام 2010، سجلت ALICE بيانات من أول تصادمات بين الرصاص والرصاص في LHC. قدمت مجموعات البيانات المأخوذة خلال فترات الأيونات الثقيلة في عامي 2010 و2011، إلى جانب بيانات البروتون والرصاص من عام 2013، نظرة ثاقبة في فيزياء بلازما الكوارك والغلوون.

في عام 2014، خضع كاشف ALICE لبرنامج تعزيز وترقية كبيرين أثناء الإغلاق الطويل لمجمع مسرعات سيرن. تم تركيب كاشف فرعي جديد، وهو مقياس الحرارة ثنائي النفث (DCAL). تمت ترقية جميع الكواشف الفرعية الثمانية عشر الموجودة، وخضعت البنية الأساسية، بما في ذلك الأنظمة الكهربائية والتبريد، لتجديدات كبيرة. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

في عام 2022، حصلت ALICE على أجهزة كشف فرعية إضافية، بما في ذلك نظام تتبع داخلي جديد، ومتعقب ميون أمامي، ومحفز تفاعل سريع. ^[8]

اعتبارًا من عام 2024 ^[تحديث]، يضم تعاون ALICE أكثر من 1900 عضو من 174 معهدًا في 39 دولة. ^[9] يزن الكاشف الحالي حوالي 10000 طن ويبلغ طوله 26 مترًا وارتفاعه 16 مترًا وعرضه 16 مترًا. ^[1]

بدأ البحث عن بلازما كوارك-غلوون وفهم أعمق لـ QCD في سيرن وبروكهافن مع أيونات أخف في الثمانينيات. ^{[10] [11]} انتقل برنامج اليوم في هذه المختبرات إلى تصادمات فائقة النسبية للأيونات الثقيلة، وهو يصل للتو إلى عتبة الطاقة التي من المتوقع أن يحدث عندها انتقال الطور. سيدفع LHC، مع طاقة مركز الكتلة حوالي 5.5 تيرا إلكترون فولت / نوكليون ، نطاق الطاقة إلى أبعد من ذلك.

أثناء الاصطدامات المباشرة بين أيونات الرصاص في مصادم الهدرونات الكبير، تتصادم مئات البروتونات والنيوترونات عند طاقات تزيد عن بضعة تيرا إلكترون فولت. وتتسارع أيونات الرصاص إلى أكثر من 99.9999% من سرعة الضوء. وتكون الاصطدامات في مصادم الهدرونات الكبير أكثر طاقة بنحو 100 مرة من تلك الخاصة بالبروتونات، مما يؤدي إلى تسخين المادة في نقطة التفاعل إلى درجة حرارة أعلى بنحو 100000 مرة من درجة الحرارة في قلب الشمس. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

عندما تصطدم النوى الرئيسية، تخضع المادة لعملية انتقالية لتشكل لفترة وجيزة قطرة من بلازما الكوارك-الغلوون ، والتي يُعتقد أنها ملأت الكون بعد بضعة ميكروثانية من الانفجار العظيم.

تتشكل بلازما كوارك -غلوون عندما "تذوب" البروتونات والنيوترونات إلى مكوناتها الأولية، وتصبح الكواركات والغلوونات حرة بشكل مقارب. تبرد قطرة QGP على الفور، وتتحد الكواركات والغلوونات الفردية (والتي تسمى مجتمعة البارتونات) في خليط من المادة العادية التي تنطلق بسرعة في جميع الاتجاهات. [12] تحتوي الحطام على جسيمات مثل البيونات والكاونات ، والتي تتكون ^من كوارك وكوارك مضاد ؛ والبروتونات والنيوترونات ، المكونة من ثلاثة كواركات؛ والعديد من البروتونات المضادة والنيوترونات المضادة ، والتي قد تتحد لتكوين نوى ذرات مضادة ثقيلة مثل الهيليوم . يمكن تعلم الكثير من خلال دراسة توزيع وطاقة هذا الحطام .

قام مصادم الهدرونات الكبير بتحطيم أول أيونات الرصاص في عام 2010، في 7 نوفمبر حوالي الساعة 12:30 صباحًا بتوقيت وسط أوروبا. ^{[13] [14]}

وقد حدثت أول تصادمات في مركز أجهزة الكشف ALICE وATLAS وCMS بعد أقل من 72 ساعة من انتهاء LHC من أول جولة من البروتونات وتحولها إلى حزم تسريع الرصاص والأيونات. تحتوي كل نواة رصاص على 82 بروتون، ويقوم LHC بتسريع كل بروتون إلى طاقة 3.5 تيرا فولت، مما ينتج عنه طاقة 287 تيرا فولت لكل حزمة، أو طاقة تصادم إجمالية 574 تيرا فولت.

تم إطلاق ما يصل إلى 3000 جسيم مشحون من كل تصادم، وهو موضح هنا كخطوط تشع من نقطة التصادم. تشير ألوان الخطوط إلى مقدار الطاقة التي حملها كل جسيم بعيدًا عن التصادم.

في عام 2013، اصطدم LHC بالبروتونات مع أيونات الرصاص لأولى حزم الفيزياء LHC لعام 2013. ^[15] أجريت التجربة باستخدام حزم تدور في اتجاهين متعاكسين من البروتونات وأيونات الرصاص ، وبدأت بمدارات مركزية بترددات دوران مختلفة، ثم تم رفعها بشكل منفصل إلى أقصى طاقة تصادم للمسرع. ^[16]

استغرقت أول تجربة للبروتون والرصاص في LHC شهرًا واحدًا، وتساعد البيانات فيزيائيي ALICE على فصل تأثيرات البلازما عن التأثيرات الناجمة عن تأثيرات المادة النووية الباردة وتسليط المزيد من الضوء على دراسة بلازما الكوارك والغلوون.

في حالة تصادم الرصاص-الرصاص، قد تختلف تكوينات الكواركات والغلوونات التي تشكل البروتونات والنيوترونات في نواة الرصاص الواردة إلى حد ما عن تلك الموجودة في البروتونات الواردة. من أجل دراسة ما إذا كان جزء من التأثيرات التي لوحظت عند مقارنة تصادمات الرصاص-الرصاص والبروتون-البروتون يرجع إلى هذا الاختلاف في التكوين وليس إلى تكوين البلازما. تصادمات البروتون-الرصاص هي أداة مثالية لهذه الدراسة.

أحد الاعتبارات التصميمية الرئيسية لـ ALICE هو القدرة على دراسة QCD واحتجاز (إزالة) الكوارك في ظل هذه الظروف القاسية. يتم ذلك باستخدام الجسيمات التي تم إنشاؤها داخل الحجم الساخن أثناء تمدده وتبريده، والتي تعيش لفترة كافية للوصول إلى طبقات الكاشف الحساسة الموجودة حول منطقة التفاعل. يعتمد برنامج الفيزياء ALICE على القدرة على تحديد جميعها، أي تحديد ما إذا كانت إلكترونات أو فوتونات أو بيونات وما إلى ذلك وتحديد شحنتها. يتضمن هذا تحقيق أقصى استفادة من الطرق المختلفة (أحيانًا قليلاً) التي تتفاعل بها الجسيمات مع المادة. ^[17]

في التجربة "التقليدية"، يتم تحديد الجسيمات أو على الأقل تعيينها لعائلات ( هادرونات مشحونة أو محايدة )، من خلال التوقيعات المميزة التي تتركها في الكاشف. تنقسم التجربة إلى عدد قليل من المكونات الرئيسية ويختبر كل مكون مجموعة محددة من خصائص الجسيمات. يتم تكديس هذه المكونات في طبقات وتمر الجسيمات عبر الطبقات بشكل متسلسل من نقطة الاصطدام إلى الخارج: أولاً نظام تتبع، ثم مسعر كهرومغناطيسي (EM) ومسعر هادروني وأخيرًا نظام ميون. يتم تضمين أجهزة الكشف في مجال مغناطيسي من أجل ثني مسارات الجسيمات المشحونة لتحديد الزخم والشحنة . تعمل هذه الطريقة لتحديد الجسيمات بشكل جيد فقط لجسيمات معينة، وتستخدم على سبيل المثال من قبل تجارب LHC الكبيرة ATLAS و CMS . ومع ذلك، فإن هذه التقنية ليست مناسبة لتحديد الهادرونات لأنها لا تسمح بالتمييز بين الهادرونات المشحونة المختلفة التي يتم إنتاجها في تصادمات الرصاص-الرصاص.

من أجل تحديد جميع الجسيمات التي تخرج من نظام QGP، يستخدم ALICE مجموعة من 18 كاشفًا ^[18] والتي تقدم معلومات حول الكتلة والسرعة والعلامة الكهربائية للجسيمات.

يتم استخدام مجموعة من أجهزة الكشف الأسطوانية التي تحيط بنقطة التفاعل الاسمية لتتبع جميع الجسيمات التي تطير خارج الوسط الساخن والكثيف. يقوم نظام التتبع الداخلي (ITS) (المكون من ثلاث طبقات من أجهزة الكشف: كاشف بكسل السيليكون (SPD)، وكاشف انجراف السيليكون (SDD)، وكاشف شرائح السيليكون (SSD))، وغرفة الإسقاط الزمني (TPC) وكاشف الإشعاع الانتقالي (TRD) بقياس مرور كل جسيم يحمل شحنة كهربائية في العديد من النقاط وإعطاء معلومات دقيقة حول مسار الجسيم. يتم تضمين أجهزة الكشف عن تتبع برميل ALICE في مجال مغناطيسي بقوة 0.5 تسلا ينتج عن ملف لولبي مغناطيسي ضخم ينحني مسارات الجسيمات. من انحناء المسارات يمكن للمرء أن يستمد زخمها. إن نظام ITS دقيق للغاية لدرجة أنه يمكن التعرف على الجسيمات التي تتولد عن تحلل جسيمات أخرى ذات عمر طويل (حوالي 0.1 مم قبل التحلل) من خلال ملاحظة أنها لا تنشأ من النقطة التي حدث فيها التفاعل (قمة الحدث ) بل من نقطة على مسافة صغيرة تصل إلى عُشر المليمتر. وهذا يسمح لنا بقياس، على سبيل المثال، الكواركات السفلية التي تتحلل إلى ميزون B طويل العمر نسبيًا من خلال القطع "الطوبولوجية".

تقطع الجسيمات الثقيلة قصيرة العمر مسافة صغيرة جدًا قبل أن تتحلل. ويهدف هذا النظام إلى تحديد ظاهرة التحلل هذه عن طريق قياس الموقع الذي تحدث فيه بدقة تصل إلى عُشر المليمتر. ^[19]

يتكون نظام التتبع الداخلي (ITS) من ست طبقات أسطوانية من كواشف السيليكون . تحيط الطبقات بنقطة الاصطدام وتقيس خصائص الجسيمات الناشئة عن الاصطدامات، وتحدد موقع مرورها بدقة تصل إلى جزء من المليمتر. ^[20] وبمساعدة نظام التتبع الداخلي، يمكن تحديد الجسيمات التي تحتوي على كواركات ثقيلة (سحر وجمال) من خلال إعادة بناء الإحداثيات التي تتحلل عندها.

طبقات ITS (العد من نقطة التفاعل):

• طبقتان من SPD ( كاشف بكسل السيليكون )،
• طبقتان من SDD ( كاشف انجراف السيليكون )،
• طبقتين من SSD (كاشف شرائح السيليكون).

تم إدخال نظام النقل الذكي في قلب تجربة ALICE في مارس 2007 بعد مرحلة كبيرة من البحث والتطوير. باستخدام أقل كميات من أخف المواد، تم تصنيع نظام النقل الذكي خفيف الوزن ودقيق قدر الإمكان. مع ما يقرب من 5 أمتار ^مربعة من كاشفات شرائط السيليكون ذات الوجهين وأكثر من متر ^مربع من كاشفات الانجراف السيليكونية، فهو أكبر نظام يستخدم كلا النوعين من كاشفات السيليكون.

قدمت ALICE مؤخرًا خططًا لنظام تتبع داخلي محدث، يعتمد بشكل أساسي على بناء متتبع سيليكون جديد بميزات محسنة بشكل كبير من حيث تحديد معامل التأثير (d0) للرأس الأساسي وكفاءة التتبع عند pT المنخفض وقدرات معدل القراءة. ^[21] سيفتح نظام التتبع الداخلي المحدث قنوات جديدة في دراسة بلازما كوارك غلوون المتكونة في LHC والتي تعد ضرورية لفهم ديناميكيات هذه المرحلة المكثفة من QCD.

سيسمح بدراسة عملية تحويل الكواركات الثقيلة إلى طاقة حرارية في الوسط عن طريق قياس سحر النكهة الثقيلة وباريونات الجمال وتوسيع هذه القياسات إلى p _T منخفضة جدًا لأول مرة. كما سيعطي فهمًا أفضل لاعتماد كتلة الكوارك على فقدان الطاقة في الوسط ويقدم قدرة فريدة لقياس الكواركات الجميلة مع تحسين إعادة بناء رأس اضمحلال الجمال. أخيرًا، سيمنحنا ITS المحدث فرصة لتوصيف الإشعاع الحراري القادم من QGP والتعديل في الوسط للوظائف الطيفية الهادرونية فيما يتعلق باستعادة التناظر الكيرالي .

يتطلب مشروع الترقية جهودًا مكثفة في مجال البحث والتطوير من جانب باحثينا والمتعاونين معنا في جميع أنحاء العالم في مجال التقنيات المتطورة: أجهزة استشعار السيليكون، والإلكترونيات منخفضة الطاقة، وتقنيات الربط والتغليف، والهياكل الميكانيكية خفيفة الوزن للغاية ووحدات التبريد.

غرفة الإسقاط الزمني ALICE (TPC) عبارة عن حجم كبير مملوء بالغاز كوسيلة للكشف وهي جهاز تتبع الجسيمات الرئيسي في ALICE. ^{[22] [23]}

تؤدي الجسيمات المشحونة التي تعبر غاز TPC إلى تأين ذرات الغاز على طول مسارها، مما يؤدي إلى تحرير الإلكترونات التي تنجرف نحو الصفائح الطرفية للكاشف. يمكن استخدام خصائص عملية التأين الناتجة عن الجسيمات المشحونة السريعة التي تمر عبر وسط ما لتحديد هوية الجسيمات. يرتبط اعتماد السرعة على قوة التأين بصيغة Bethe-Bloch المعروفة ، والتي تصف متوسط ​​فقدان الطاقة للجسيمات المشحونة من خلال تصادمات كولومب غير المرنة مع الإلكترونات الذرية للوسط.

غالبًا ما تُستخدم عدادات التناسب متعددة الأسلاك أو عدادات الحالة الصلبة كوسيلة للكشف، لأنها توفر إشارات بارتفاعات نبضية تتناسب مع قوة التأين. يعطي تأثير الانهيار في محيط أسلاك الأنود الموصولة في حجرات القراءة تضخيم الإشارة اللازم. تحفز الأيونات الموجبة الناتجة عن الانهيار إشارة تيار موجبة على مستوى الوسادة. يتم إجراء القراءة بواسطة الوسادات 557 568 التي تشكل مستوى الكاثود للحجرات التناسبية متعددة الأسلاك ( MWPC ) الموجودة عند اللوحات النهائية. يعطي هذا المسافة الشعاعية للشعاع والسمت. يتم تحديد الإحداثي الأخير، z على طول اتجاه الشعاع، بواسطة وقت الانجراف. نظرًا لأن تقلبات فقدان الطاقة يمكن أن تكون كبيرة، يتم إجراء العديد من قياسات ارتفاع النبضة بشكل عام على طول مسار الجسيم من أجل تحسين دقة قياس التأين.

إن حجم TPC بالكامل تقريبًا حساس للجسيمات المشحونة العابرة، ولكنه يتميز بميزانية مادية ضئيلة. إن التعرف المباشر على الأنماط (المسارات المستمرة) يجعل TPCs الخيار الأمثل للبيئات ذات التعددية العالية، مثل تصادمات الأيونات الثقيلة، حيث يتعين تتبع آلاف الجسيمات في وقت واحد. داخل ALICE TPC، يتم أخذ عينات من قوة التأين لجميع المسارات حتى 159 مرة، مما يؤدي إلى دقة قياس التأين تصل إلى 5%.

يمكن التمييز بين الإلكترونات والبوزيترونات والجسيمات المشحونة الأخرى باستخدام انبعاث الإشعاع الانتقالي ، وهو الأشعة السينية التي تنبعث عندما تعبر الجسيمات العديد من طبقات المواد الرقيقة.

يتم تحديد الإلكترونات والبوزيترونات باستخدام كاشف الإشعاع الانتقالي (TRD). ^[24] وعلى نحو مماثل لمطياف الميون، يتيح هذا النظام دراسات مفصلة لإنتاج الرنينات المتجهية الميزونية، ولكن بتغطية ممتدة حتى ρ المتجهية الميزونية الخفيفة وفي منطقة سرعة مختلفة. أقل من 1 جيجا إلكترون فولت/ثانية، يمكن تحديد الإلكترونات من خلال مجموعة من قياسات كاشف تحديد الجسيمات (PID) في TPC ووقت الرحلة (TOF). في نطاق الزخم 1-10 جيجا إلكترون فولت/ثانية، يمكن استغلال حقيقة أن الإلكترونات قد تخلق TR عند السفر عبر "مشع" مخصص. داخل مثل هذا المشع، تعبر الجسيمات المشحونة السريعة الحدود بين المواد ذات الثوابت العازلة المختلفة، مما قد يؤدي إلى انبعاث فوتونات TR بطاقات في نطاق الأشعة السينية. التأثير ضئيل ويجب أن يوفر المشع مئات عديدة من حدود المواد لتحقيق احتمالية عالية بما يكفي لإنتاج فوتون واحد على الأقل. في ALICE TRD، يتم اكتشاف فوتونات TR خلف المبرد مباشرةً باستخدام MWPCs المملوءة بمزيج غازي قائم على الزينون، حيث تودع طاقتها فوق إشارات التأين من مسار الجسيم.

تم تصميم ALICE TRD لاستخلاص محفز سريع للجسيمات المشحونة ذات الزخم العالي ويمكنه تعزيز العائدات المسجلة لميزونات المتجهات بشكل كبير. لهذا الغرض، تم تثبيت 250000 وحدة معالجة مركزية مباشرة على الكاشف لتحديد المرشحين للمسارات ذات الزخم العالي وتحليل ترسب الطاقة المرتبطة بها في أسرع وقت ممكن (بينما لا تزال الإشارات قيد الإنشاء في الكاشف). يتم إرسال هذه المعلومات إلى وحدة تتبع عالمية، والتي تجمع كل المعلومات للبحث عن أزواج مسارات الإلكترون والبوزيترون في غضون 6 ميكروثانية فقط.

من أجل تطوير مثل هذا الكاشف الإشعاعي الانتقالي (TRD) لـ ALICE، تم اختبار العديد من النماذج الأولية للكاشف في حزم مختلطة من البيونات والإلكترونات.

تريد أليس أيضًا معرفة هوية كل جسيم، سواء كان إلكترونًا، أو بروتونًا، أو كاونًا، أو بيونًا.

يمكن التعرف على الهادرونات المشحونة (في الواقع، جميع الجسيمات المشحونة المستقرة) بشكل لا لبس فيه إذا تم تحديد كتلتها وشحنتها. يمكن استنتاج الكتلة من قياسات الزخم والسرعة. يتم الحصول على الزخم وعلامة الشحنة عن طريق قياس انحناء مسار الجسيم في مجال مغناطيسي. للحصول على سرعة الجسيم، توجد أربع طرق تعتمد على قياسات زمن الرحلة والتأين، وعلى اكتشاف الإشعاع الانتقالي وإشعاع شيرينكوف. تعمل كل من هذه الطرق بشكل جيد في نطاقات زخم مختلفة أو لأنواع محددة من الجسيمات. في ALICE يمكن الجمع بين كل هذه الطرق لقياس، على سبيل المثال، أطياف الجسيمات.

بالإضافة إلى المعلومات التي يقدمها ITS وTPC، هناك حاجة إلى أجهزة كشف أكثر تخصصًا: يقيس TOF، بدقة أفضل من عُشر مليار جزء من الثانية، الوقت الذي يستغرقه كل جسيم للانتقال من الرأس للوصول إليه، بحيث يمكن قياس سرعته. يقيس كاشف تحديد الجسيمات عالية الزخم (HMPID) أنماط الضوء الخافتة التي تولدها الجسيمات السريعة ويقيس TRD الإشعاع الخاص الذي تنبعث منه الجسيمات السريعة جدًا عند عبور مواد مختلفة، مما يسمح بتحديد الإلكترونات. يتم قياس الميونات من خلال استغلال حقيقة أنها تخترق المادة بسهولة أكبر من معظم الجسيمات الأخرى: في المنطقة الأمامية، يوقف ممتص سميك ومعقد للغاية جميع الجسيمات الأخرى ويتم قياس الميونات بواسطة مجموعة مخصصة من أجهزة الكشف: مطياف الميون.

يتم التعرف على الجسيمات المشحونة في ALICE من خلال زمن الرحلة (TOF). تعطي قياسات TOF سرعة الجسيم المشحون عن طريق قياس زمن الرحلة على مسافة معينة على طول مسار المسار. ^{[25] [26]} باستخدام معلومات التتبع من أجهزة الكشف الأخرى، يتم تحديد كل مسار يطلق مستشعرًا. وبشرط أن يكون الزخم معروفًا أيضًا، يمكن بعد ذلك اشتقاق كتلة الجسيم من هذه القياسات. كاشف ALICE TOF هو كاشف كبير المساحة يعتمد على حجرات صفائح مقاومة متعددة الفجوات (MRPCs) تغطي سطحًا أسطوانيًا يبلغ 141 مترًا ^مربعًا ، ونصف قطر داخلي يبلغ 3.7 مترًا (12 قدمًا). يوجد ما يقرب من 160.000 لوحة MRPC بدقة زمنية تبلغ حوالي 100 ps موزعة على سطح كبير يبلغ 150 مترًا ^مربعًا .

إن أجهزة الكشف عن الغازات المتوازية هي أجهزة كشف تتكون من صفائح رقيقة من زجاج النوافذ القياسي لإنشاء فجوات غازية ضيقة ذات مجالات كهربائية عالية. ويتم فصل هذه الصفائح باستخدام خطوط الصيد لتوفير التباعد المطلوب؛ وهناك حاجة إلى 10 فجوات غازية لكل جهاز كشف عن الغازات المتوازية للوصول إلى كفاءة كشف تقترب من 100%.

إن بساطة البناء تسمح ببناء نظام كبير بدقة إجمالية تبلغ 80 ps بتكلفة منخفضة نسبيًا (CERN Courier November 2011 p8). يسمح هذا الأداء بفصل الكاونات والبيونات والبروتونات حتى زخم يبلغ بضعة جيجا إلكترون فولت/ثانية. وقد ثبت أن الجمع بين مثل هذا القياس ومعلومات PID من ALICE TPC مفيد في تحسين الفصل بين أنواع الجسيمات المختلفة، كما يوضح الشكل 3 لنطاق زخم معين.

كاشف تحديد الجسيمات ذات الزخم العالي (HMPID) هو كاشف غني لتحديد سرعة الجسيمات خارج نطاق الزخم المتاح من خلال فقدان الطاقة (في ITS وTPC، p  = 600 MeV) ومن خلال قياسات وقت الرحلة (في TOF، p  = 1.2–1.4 GeV).

إشعاع شيرينكوف هو موجة صدمة ناتجة عن تحرك جسيمات مشحونة عبر مادة بسرعة أكبر من سرعة الضوء في تلك المادة. ينتشر الإشعاع بزاوية مميزة فيما يتعلق بمسار الجسيم، والتي تعتمد على سرعة الجسيم. تستخدم أجهزة كشف شيرينكوف هذا التأثير وتتكون بشكل عام من عنصرين رئيسيين: مشع ينتج فيه إشعاع شيرينكوف وكاشف فوتون. تعمل أجهزة كشف شيرينكوف ذات التصوير الحلقي (RICH) على تحليل الصورة الحلقية لإشعاع شيرينكوف المركّز، مما يتيح قياس زاوية شيرينكوف وبالتالي سرعة الجسيم. وهذا بدوره كافٍ لتحديد كتلة الجسيم المشحون.

إذا تم استخدام وسط كثيف (مؤشر انكسار كبير)، فلن تكون هناك حاجة إلا لطبقة رقيقة من المشع يبلغ سمكها بضعة سنتيمترات لإصدار عدد كافٍ من فوتونات شيرينكوف. ثم يتم وضع كاشف الفوتونات على مسافة ما (عادة حوالي 10 سم) خلف المشع، مما يسمح لمخروط الضوء بالتمدد وتكوين صورة حلقية مميزة. يتم تثبيت مثل هذا التركيز التقريبي RICH في تجربة ALICE.

يصل نطاق زخم ALICE HMPID إلى 3 جيجا إلكترون فولت للتمييز بين البيون والكاون وما يصل إلى 5 جيجا إلكترون فولت للتمييز بين الكاون والبروتون . وهو أكبر كاشف RICH ليوديد السيزيوم في العالم ، بمساحة نشطة تبلغ 11 مترًا ^مربعًا . تم اختبار النموذج الأولي بنجاح في سيرن في عام 1997 ويأخذ البيانات حاليًا في مصادم الأيونات الثقيلة النسبي في مختبر بروكهافن الوطني في الولايات المتحدة.

تقيس أجهزة قياس الطاقة طاقة الجسيمات، وتحدد ما إذا كانت لها تفاعلات كهرومغناطيسية أو هادرونية. إن تحديد هوية الجسيمات في جهاز قياس الطاقة هو قياس مدمر. حيث تودع جميع الجسيمات باستثناء الميونات والنيوترينوات كل طاقتها في نظام جهاز قياس الطاقة عن طريق إنتاج زخات كهرومغناطيسية أو هادرونية. وتودع الفوتونات والإلكترونات والبوزيترونات كل طاقتها في جهاز قياس الطاقة الكهرومغناطيسي. ولا يمكن التمييز بين زخات هذه الجسيمات، ولكن يمكن تحديد هوية الفوتون من خلال عدم وجود مسار في نظام التتبع المرتبط بالزخات.

إن الفوتونات (جسيمات الضوء)، مثل الضوء المنبعث من جسم ساخن، تخبرنا عن درجة حرارة النظام. ولقياسها، هناك حاجة إلى أجهزة كشف خاصة: حيث تقوم بلورات PHOS، التي هي كثيفة مثل الرصاص وشفافة مثل الزجاج، بقياسها بدقة مذهلة في منطقة محدودة، في حين يقوم PMD وخاصة EMCal بقياسها على مساحة واسعة للغاية. كما يقوم EMCal بقياس مجموعات من الجسيمات القريبة (تسمى "النفاثات") التي لديها ذاكرة للمراحل المبكرة من الحدث.

PHOS هو مقياس حرارة كهرومغناطيسي عالي الدقة مثبت في ALICE ^[27] لتوفير البيانات لاختبار الخصائص الحرارية والديناميكية للمرحلة الأولية من الاصطدام. يتم ذلك عن طريق قياس الفوتونات الناشئة مباشرة من الاصطدام. يغطي PHOS مجال قبول محدود عند السرعة المركزية. وهو مصنوع من بلورات تنجستات الرصاص ، ^[28] على غرار تلك المستخدمة بواسطة CMS، والتي يتم قراءتها باستخدام الثنائيات الضوئية الانهيارية (APD).

عندما تصطدم الفوتونات عالية الطاقة بتنغستات الرصاص فإنها تجعلها تتوهج أو تتلألأ، ويمكن قياس هذا التوهج. تنغستات الرصاص كثيفة للغاية (أكثر كثافة من الحديد)، مما يمنع معظم الفوتونات التي تصل إليها. يتم الاحتفاظ بالبلورات عند درجة حرارة 248 كلفن، مما يساعد على تقليل تدهور دقة الطاقة بسبب الضوضاء وتحسين الاستجابة للطاقات المنخفضة.

إن جهاز EMCal عبارة عن جهاز لقياس العينات باستخدام الرصاص والومضات، ويتألف من نحو 13 ألف برج فردي مجمعة في عشر وحدات فائقة. ويتم قراءة الأبراج بواسطة ألياف بصرية متغيرة الطول الموجي في شكل هندسي على شكل شاشليك متصلة بصمام ضوئي للانهيار الجليدي. وسوف يحتوي جهاز EMCal بالكامل على 100 ألف بلاطة ومضات فردية و185 كيلومترًا من الألياف البصرية، ويصل وزنها الإجمالي إلى نحو 100 طن.

يغطي جهاز EMCal تقريبًا كامل طول غرفة الإسقاط الزمني ALICE والكاشف المركزي، وثلث سمتها موضوعًا ظهرًا لظهر مع مطياف الفوتون ALICE - وهو جهاز قياس السعرات الحرارية المصنوع من الرصاص والتنغستات الأصغر والأكثر حبيبات.

يتم إدخال الوحدات الفائقة في إطار دعم مستقل يقع داخل مغناطيس ALICE، بين عدادات وقت الطيران وملف المغناطيس. إطار الدعم نفسه عبارة عن بنية معقدة: يزن 20 طنًا ويجب أن يتحمل خمسة أضعاف وزنه، مع انحراف أقصى بين الفراغ والحمل الكامل بضعة سنتيمترات فقط. يتطلب تركيب الوحدات الفائقة التي يبلغ وزنها ثمانية أطنان نظامًا من القضبان مع جهاز إدخال متطور للجسر عبر هيكل الدعم.

سيضيف جهاز قياس السعرات الكهرومغناطيسية (EM-Cal) بشكل كبير إلى قدرات قياس الجسيمات عالية الزخم في ALICE. ^[29] وسيوسع نطاق ALICE لدراسة النفاثات والعمليات الصعبة الأخرى.

كاشف تعدد الفوتونات (PMD) هو كاشف لرذاذ الجسيمات يقيس تعدد الفوتونات والتوزيع المكاني لها الناتجة عن الاصطدامات. ^[30] ويستخدم كطبقة أولى كاشفًا للنقض لرفض الجسيمات المشحونة. من ناحية أخرى، تمر الفوتونات عبر محول، مما يؤدي إلى بدء وابل كهرومغناطيسي في طبقة كاشف ثانية حيث تنتج إشارات كبيرة على عدة خلايا بحجمها الحساس. من ناحية أخرى، تؤثر الهدرونات عادةً على خلية واحدة فقط وتنتج إشارة تمثل الجسيمات ذات التأين الأدنى.

يقوم كاشف التعدد الأمامي (FMD) بتوسيع نطاق تغطية تعدد جسيمات الشحنة إلى المناطق الأمامية، مما يمنح ALICE أوسع تغطية لتجارب LHC الأربعة لهذه القياسات. ^[31]

يتكون جهاز FMD ​​من 5 أقراص سيليكون كبيرة، كل منها يحتوي على 10240 قناة كاشف فردية لقياس الجسيمات المشحونة المنبعثة بزوايا صغيرة بالنسبة للشعاع. يوفر جهاز FMD ​​قياسًا مستقلاً لاتجاه الاصطدامات في المستوى الرأسي، والذي يمكن استخدامه مع القياسات من كاشف البرميل للتحقيق في التدفق والنفثات وما إلى ذلك.

يدرس مطياف الميون الأمامي ALICE الطيف الكامل للكواركونيا الثقيلة (J/Ψ، Ψ′، ϒ، ϒ′، ϒ′′) عبر تحللها في قناة μ+μ–. توفر حالات الكواركونيوم الثقيلة أداة أساسية لدراسة المرحلة المبكرة والساخنة من تصادمات الأيونات الثقيلة. ^[32] ومن المتوقع بشكل خاص أن تكون حساسة لتكوين بلازما كوارك-غلوون. في وجود وسط غير محصور (أي QGP) بكثافة طاقة عالية بما يكفي، تتفكك حالات الكواركونيوم بسبب فحص الألوان. يؤدي هذا إلى قمع معدلات إنتاجها. عند طاقة تصادم LHC العالية، يمكن دراسة كل من حالات الكارمونيوم (J/Ψ وΨ′) وكذلك حالات البوتونيوم (ϒ وϒ′ وϒ′′). تم تحسين مطياف ديميون للكشف عن رنينات الكوارك الثقيلة هذه.

يمكن التعرف على الميونات باستخدام التقنية الموصوفة للتو من خلال حقيقة أنها الجسيمات المشحونة الوحيدة القادرة على المرور دون إزعاج تقريبًا عبر أي مادة. يرتبط هذا السلوك بحقيقة أن الميونات ذات الزخم أقل من بضع مئات من جيجا إلكترون فولت/ثانية لا تعاني من خسائر الطاقة الإشعاعية وبالتالي لا تنتج زخات كهرومغناطيسية. أيضًا، نظرًا لأنها لبتونات، فهي لا تخضع لتفاعلات قوية مع نوى المادة التي تعبرها. يتم استغلال هذا السلوك في مطياف الميونات في تجارب الفيزياء عالية الطاقة عن طريق تثبيت أجهزة كشف الميونات خلف أنظمة المسعر أو خلف مواد ماصة سميكة. يتم إيقاف جميع الجسيمات المشحونة بخلاف الميونات تمامًا، مما ينتج زخات كهرومغناطيسية (وهدرونية).

يتميز مطياف الميون في المنطقة الأمامية لجهاز ALICE بممتص أمامي سميك ومعقد للغاية ومرشح ميون إضافي يتكون من جدار حديدي سمكه 1.2 متر. يتم قياس مرشحي الميون المختارين من المسارات التي تخترق هذه الممتصات بدقة في مجموعة مخصصة من أجهزة الكشف عن التتبع. تُستخدم أزواج الميونات لجمع طيف رنينات الميزون المتجه للكوارك الثقيل (J/Psi). يمكن تحليل معدلات إنتاجها كدالة للزخم المستعرض ومركزية الاصطدام من أجل التحقيق في التفكك بسبب فحص الألوان. يغطي قبول مطياف الميون ALICE فترة السرعة الزائفة 2.5 ≤ η ≤ 4 ويمكن اكتشاف الرنينات حتى الزخم المستعرض الصفري.

أخيرًا، نحتاج إلى معرفة مدى قوة الاصطدام: يتم ذلك عن طريق قياس بقايا النوى المتصادمة في أجهزة الكشف المصنوعة من مواد عالية الكثافة الموجودة على بعد حوالي 110 أمتار على جانبي ALICE (ZDCs) وعن طريق قياس عدد الجسيمات الناتجة عن الاصطدام وتوزيعها المكاني باستخدام FMD وV0 وT0. يقيس T0 أيضًا بدقة عالية الوقت الذي وقع فيه الحدث.

إن ZDCs عبارة عن مسعرات حرارية تكتشف طاقة النويات المتفرجة من أجل تحديد منطقة التداخل بين النواتين المتصادمتين. وهي تتألف من أربعة مسعرات حرارية، اثنان لكشف البروتونات (ZP) واثنان لكشف النيوترونات (ZN). وهي تقع على بعد 115 مترًا من نقطة التفاعل على كلا الجانبين، على طول خط الشعاع تمامًا. يتم وضع ZN عند درجة الصفر بالنسبة لمحور شعاع LHC، بين أنبوبي الشعاع. ولهذا السبب نطلق عليها مسعرات درجة الصفر (ZDC). يتم وضع ZP خارجيًا بالنسبة لأنبوب الشعاع الخارج. يتم فصل البروتونات المتفرجة عن حزم الأيونات بواسطة المغناطيس ثنائي القطب D1.

إن أجهزة قياس الحرارة ZDC هي عبارة عن "مسعرات حرارية على شكل سباغيتي"، مصنوعة من كومة من ألواح معدنية ثقيلة محززة لتخصيص مصفوفة من ألياف الكوارتز. ويعتمد مبدأ عملها على اكتشاف ضوء شيرينكوف الناتج عن الجسيمات المشحونة للرذاذ في الألياف.

يتكون V0 من صفيفين من عدادات الومضات الموضوعة على جانبي نقطة تفاعل ALICE، والتي تسمى V0-A وV0-C. يقع عداد V0-C في اتجاه مجرى امتصاص ذراع الميون ويغطي قبول المطياف بينما يقع عداد V0-A على بعد حوالي 3.5 متر من رأس الاصطدام، على الجانب الآخر.

يتم استخدامه لتقدير مركزية الاصطدام من خلال جمع الطاقة المودعة في قرصي V0. يتناسب هذا القابل للملاحظة بشكل مباشر مع عدد الجسيمات الأولية الناتجة عن الاصطدام وبالتالي مع مركزية الاصطدام.

يتم استخدام V0 أيضًا كمرجع في مسوحات Van Der Meer التي تعطي حجم وشكل الحزم المتصادمة وبالتالي الإضاءة المقدمة للتجربة.

يعمل ALICE T0 كجهاز بدء وتحفيز وكاشف للسطوع لـ ALICE. يعمل وقت التفاعل الدقيق (START) كإشارة مرجعية لكاشف وقت الرحلة المستخدم لتحديد هوية الجسيمات. يوفر T0 خمس إشارات تحفيز مختلفة لمعالج التحفيز المركزي. وأهم هذه الإشارات هي قمة T0 التي توفر تأكيدًا سريعًا ودقيقًا لموقع نقطة التفاعل الأساسية على طول محور الشعاع داخل الحدود المحددة. يستخدم الكاشف أيضًا لمراقبة السطوع عبر الإنترنت مما يوفر ردود فعل سريعة لفريق المسرع.

يتكون كاشف T0 من صفيفين من عدادات شيرينكوف (T0-C وT0-A) موضوعين على الجانبين المتقابلين لنقطة التفاعل (IP). تحتوي كل صفيف على 12 عدادًا أسطوانيًا مزودًا بمشع من الكوارتز وأنبوب مضاعف ضوئي.

يوفر كهف ALICE مكانًا مثاليًا لاكتشاف الميونات الجوية عالية الطاقة القادمة من زخات الأشعة الكونية. يكتشف جهاز ACORDE زخات الأشعة الكونية عن طريق تحفيز وصول الميونات إلى أعلى مغناطيس ALICE.

يتكون محفز الأشعة الكونية ALICE من 60 وحدة وميض موزعة على الوجوه الثلاثة العلوية لمغناطيس ALICE. يمكن تكوين المصفوفة بحيث يتم تشغيلها عند حدوث أحداث ميونية واحدة أو متعددة، من مصادفات ثنائية إلى المصفوفة بأكملها إذا رغبت في ذلك. يسمح السطوع العالي لجهاز ACORDE بتسجيل الأحداث الكونية ذات التعددية العالية جدًا لمسارات الميون المتوازية، والتي تسمى حزم الميون.

باستخدام ACORDE، تمكنت تجربة ALICE من اكتشاف حزم الميون ذات أعلى معدل تكرار تم تسجيله على الإطلاق، بالإضافة إلى قياس الأشعة الكونية الأولية عالية الطاقة بشكل غير مباشر. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

كان على ALICE تصميم نظام اكتساب بيانات يعمل بكفاءة في وضعين تشغيل مختلفين على نطاق واسع: الأحداث المتكررة جدًا ولكن الصغيرة، مع وجود عدد قليل من الجسيمات المنتجة أثناء تصادمات البروتون-البروتون والأحداث النادرة نسبيًا ولكن الكبيرة للغاية، مع عشرات الآلاف من الجسيمات الجديدة المنتجة في تصادمات الرصاص-الرصاص في LHC (L = 10 ²⁷  سم ^-2  ثانية ^-1 في Pb-Pb مع  تقاطعات حزم 100 ns و L = 10 ³⁰ -10 ³¹  سم ^-2  ثانية ^-1 في pp مع  تقاطعات حزم 25 ns). ^[33]

يحتاج نظام ALICE لاكتساب البيانات إلى تحقيق التوازن بين قدرته على تسجيل التدفق المستمر للأحداث الضخمة للغاية الناتجة عن الاصطدامات المركزية، والقدرة على تحديد وتسجيل عمليات المقطع العرضي النادرة. وتؤدي هذه المتطلبات إلى عرض نطاق ترددي لبناء الأحداث يصل إلى 2.5 جيجابايت/ثانية وقدرة تخزين تصل إلى 1.25 جيجابايت/ثانية، مما يعطي إجماليًا أكثر من 1 بيت بايت من البيانات كل عام. وكما هو موضح في الشكل، يحتاج ALICE إلى سعة تخزين بيانات تتجاوز بكثير سعة الجيل الحالي من التجارب. ويعادل معدل البيانات هذا ستة أضعاف محتويات Encyclopædia Britannica كل ثانية.

تعتمد أجهزة نظام ALICE DAQ ^[34] إلى حد كبير على مكونات أساسية: أجهزة كمبيوتر تعمل بنظام Linux ومفاتيح Ethernet القياسية لشبكة بناء الأحداث. يتم تحقيق الأداء المطلوب من خلال ربط مئات من أجهزة الكمبيوتر هذه في نسيج DAQ كبير. يُطلق على إطار عمل البرنامج الخاص بـ ALICE DAQ اسم DATE (بيئة اكتساب البيانات واختبارها ALICE). يتم استخدام DATE بالفعل اليوم، أثناء مرحلة البناء والاختبار للتجربة، بينما يتطور تدريجيًا نحو نظام الإنتاج النهائي. علاوة على ذلك، يعد AFFAIR (نسيج مرن ومسجل معلومات التطبيق) برنامج مراقبة الأداء الذي طوره مشروع ALICE Data Acquisition. يعتمد AFFAIR إلى حد كبير على كود مفتوح المصدر ويتكون من المكونات التالية: جمع البيانات، والاتصال بين العقد باستخدام DIM، وتخزين قاعدة البيانات السريعة والمؤقتة، والتخزين الدائم وتوليد الرسم البياني باستخدام ROOT.

أخيرًا، يجمع نظام التخزين الشامل (MSS) الخاص بتجربة ALICE بين عرض نطاق ترددي مرتفع للغاية (1.25 جيجابايت/ثانية) ويخزن كل عام كميات هائلة من البيانات، أكثر من 1 بيتابايت. يتكون نظام التخزين الشامل من: أ) تخزين البيانات العالمي (GDS) الذي يقوم بالتخزين المؤقت للبيانات في حفرة التجربة؛ ب) تخزين البيانات الدائم (PDS) للأرشفة طويلة المدى للبيانات في مركز الحوسبة CERN وأخيرًا من برنامج نظام التخزين الشامل الذي يدير إنشاء البيانات والوصول إليها وأرشفتها.

يتضمن برنامج الفيزياء في ALICE الموضوعات الرئيسية التالية: i) دراسة التحلل الحراري للبارتونات في QGP مع التركيز على الكواركات الجميلة الساحرة الضخمة وفهم سلوك هذه الكواركات الثقيلة فيما يتعلق بالوسط المقترن بقوة في QGP، ii) دراسة آليات فقدان الطاقة التي تحدث في الوسط واعتماد فقدان الطاقة على أنواع البارتون، iii) تفكك حالات الكواركونيوم والتي يمكن أن تكون بمثابة مسبار لإزالة الاحتجاز ودرجة حرارة الوسط وأخيرًا إنتاج الفوتونات الحرارية والديليبتونات منخفضة الكتلة المنبعثة من QGP والتي تتعلق بتقييم درجة الحرارة الأولية ودرجات حرية الأنظمة بالإضافة إلى الطبيعة الكيرالية لانتقال الطور.

قدم تعاون ALICE نتائجه الأولى من تصادمات البروتونات في LHC عند طاقة مركز كتلة تبلغ 7 تيرا إلكترون فولت في مارس 2010. ^[35] وأكدت النتائج أن تعدد الجسيمات المشحونة يرتفع مع الطاقة بشكل أسرع من المتوقع في حين أن شكل توزيع التعدد لا يتم إعادة إنتاجه جيدًا بواسطة المحاكاة القياسية. استندت النتائج إلى تحليل عينة من 300000 تصادم بروتون-بروتون جمعتها تجربة ALICE خلال الجولات الأولى من LHC مع حزم مستقرة عند طاقة مركز كتلة، √s، تبلغ 7 تيرا إلكترون فولت،

في عام 2011، قام تعاون ALICE بقياس حجم النظام الناتج عن تصادمات الرصاص-الرصاص عند طاقة مركز كتلة تبلغ 2.76 تيرا إلكترون فولت لكل زوج من النيوكليونات. ^[36] وأكد ALICE أن مادة QCD الناتجة عن تصادمات الرصاص-الرصاص تتصرف مثل السائل، مع حركات جماعية قوية موصوفة جيدًا بالمعادلات الهيدروديناميكية. تكون الكرة النارية المتكونة في التصادمات النووية في LHC أكثر سخونة وتعيش لفترة أطول وتتمدد إلى حجم أكبر من الوسط الذي تشكل في تصادمات الأيونات الثقيلة في RHIC. تُظهر قياسات التعددية بواسطة تجربة ALICE أن النظام لديه في البداية كثافة طاقة أعلى بكثير وهو أكثر سخونة بنسبة 30٪ على الأقل من RHIC، مما يؤدي إلى مضاعفة تعدد الجسيمات لكل زوج من النيوكليونات المتصادمة (Aamodt et al. 2010a). ستوفر التحليلات الإضافية، بما في ذلك على وجه الخصوص الاعتماد الكامل لهذه الملاحظات على المركزية، المزيد من الأفكار حول خصائص النظام - مثل السرعات الأولية، ومعادلة الحالة، ولزوجة السوائل - وتقييد النمذجة النظرية لتصادمات الأيونات الثقيلة بشدة.

إن الاصطدامات النووية غير المركزية، ذات معامل التأثير المحدود، تخلق كرة نارية "على شكل لوز" غير متماثلة بشدة. ومع ذلك، لا تستطيع التجارب قياس الأبعاد المكانية للتفاعل (إلا في حالات خاصة، على سبيل المثال في إنتاج البيونات، انظر ^[37] ). وبدلاً من ذلك، فإنها تقيس توزيعات الزخم للجسيمات المنبعثة. لا يمكن أن ينشأ الارتباط بين توزيع الزخم السمتي المقاس للجسيمات المنبعثة من كرة النار المتحللة وعدم التماثل المكاني الأولي إلا من تفاعلات متعددة بين مكونات المادة المخلوقة؛ بعبارة أخرى، تخبرنا عن كيفية تدفق المادة، وهو ما يرتبط بمعادلة حالتها وخصائص نقلها الديناميكية الحرارية. ^[38]

يمكن تحليل التوزيع السمتي المقاس للجسيمات في فضاء الزخم إلى معاملات فورييه. معامل فورييه الثاني (v2)، والذي يسمى التدفق الإهليلجي، حساس بشكل خاص للاحتكاك الداخلي أو لزوجة السائل، أو بشكل أكثر دقة، η/s، نسبة اللزوجة القصية (η) إلى إنتروبيا (s) النظام. بالنسبة لسائل جيد مثل الماء، تكون نسبة η/s صغيرة. السائل "السميك"، مثل العسل، له قيم كبيرة من η/s.

في تصادمات الأيونات الثقيلة في LHC، وجد فريق ALICE أن المادة الساخنة الناتجة عن التصادم تتصرف مثل السائل مع احتكاك ضئيل، مع اقتراب η/s من حده الأدنى (اللزوجة تقترب من الصفر). وبفضل هذه القياسات، بدأ فريق ALICE للتو في استكشاف اعتماد η/s على درجة الحرارة، ونتوقع إجراء المزيد من القياسات المتعمقة المتعلقة بالتدفق في LHC والتي من شأنها أن تقيد السمات الهيدروديناميكية لـ QGP بشكل أكبر.

في أغسطس 2012، أعلن علماء أليس أن تجاربهم أنتجت بلازما كوارك-غلوون بدرجة حرارة تبلغ حوالي 5.5 تريليون كلفن ، وهي أعلى درجة حرارة كتلة تم تحقيقها في أي تجارب فيزيائية حتى الآن. ^[39] هذه الدرجة من الحرارة أعلى بنحو 38% من الرقم القياسي السابق البالغ حوالي 4 تريليون كلفن، والذي تم تحقيقه في تجارب عام 2010 في مختبر بروكهافن الوطني . ^[40]

تم الإعلان عن نتائج ALICE في مؤتمر Quark Matter 2012 الذي عقد في واشنطن العاصمة في 13 أغسطس . تقترب بلازما الكوارك-الغلوون الناتجة عن هذه التجارب من الظروف في الكون التي كانت موجودة بعد الانفجار العظيم ببضع ثوانٍ ، قبل أن تندمج المادة في الذرات . ^[41]

إن إحدى العمليات الأساسية في ميكانيكا الكم الكمومي هي فقدان طاقة البارتون السريع في وسط مكون من شحنات ملونة. وهذه الظاهرة، التي تسمى "إخماد النفث"، مفيدة بشكل خاص في دراسة ميكانيكا الكم الكمومي، باستخدام المنتجات الطبيعية (النفثات) للتشتت الصلب للكوراكات والغلوونات من النوى الواردة. يفحص البارتون عالي الطاقة (شحنة ملونة) الوسط الملون مثل فحص الأشعة السينية للمادة العادية. إن إنتاج هذه المجسات البارتونية في التصادمات الهادرونية مفهوم جيدًا في ميكانيكا الكم الكمومي المضطربة. كما تُظهر النظرية أن البارتون الذي يجتاز الوسط سيفقد جزءًا من طاقته في انبعاث العديد من الغلوونات الناعمة (منخفضة الطاقة). إن كمية الطاقة المشعة تتناسب مع كثافة الوسط ومربع طول المسار الذي يقطعه البارتون في الوسط. وتتنبأ النظرية أيضًا بأن فقدان الطاقة يعتمد على نكهة البارتون.

لقد تم رصد ظاهرة إخماد النفثات لأول مرة في RHIC من خلال قياس إنتاج الهادرونات ذات الزخم العرضي العالي. يتم إنتاج هذه الجسيمات من خلال تفتيت البارتونات النشطة. وقد وجد أن إنتاج هذه الجسيمات ذات pT العالي في تصادمات النواة المركزية أقل بخمس مرات من المتوقع من القياسات في تفاعلات البروتون-البروتون. وقد نشر ALICE مؤخرًا قياس الجسيمات المشحونة في تصادمات الأيونات الثقيلة المركزية في LHC. وكما هو الحال في RHIC، فإن إنتاج الهادرونات ذات pT العالي في LHC مكبوت بشدة. ومع ذلك، تظهر الملاحظات في LHC ميزات جديدة نوعيًا. تتوافق الملاحظة من ALICE مع التقارير الصادرة عن تعاون ATLAS وCMS حول الأدلة المباشرة على فقدان طاقة البارتون في تصادمات الأيونات الثقيلة باستخدام نفاثات متعاقبة أعيد بناؤها بالكامل من الجسيمات المرتبطة بتشتت البارتون الصلب. ^[42] أظهرت التجربتان الأخيرتان اختلالًا قويًا في توازن الطاقة بين النفاثة وشريكها المرتدّ (G Aad et al. 2010 وCMS collaboration 2011). ويُعتقد أن هذا الاختلال في التوازن ينشأ لأن إحدى النفاثة عبرت المادة الساخنة والكثيفة، ونقلت جزءًا كبيرًا من طاقتها إلى الوسط بطريقة لا يمكن استردادها عن طريق إعادة بناء النفاثة.

الكواركونيا هي حالات مقيدة من الكواركات ذات النكهة الثقيلة (الساحرة أو القاعية) والكواركات المضادة لها. وقد تمت دراسة نوعين من الكواركونيا على نطاق واسع: الشارمونيا، التي تتكون من كوارك ساحر وكوارك مضاد للساحرة، والقاعية المكونة من كوارك قاعي وكوارك مضاد للقاع. لم تعد الكواركات الساحرة والمضادة للساحرة في وجود بلازما الغلوون الكواركية، والتي تحتوي على العديد من الشحنات اللونية الحرة، قادرة على رؤية بعضها البعض وبالتالي لا يمكنها تكوين حالات مقيدة. يتجلى "ذوبان" الكواركونيا في بلازما الغلوون الكواركية في قمع إنتاج الكواركونيوم مقارنة بالإنتاج بدون وجود بلازما الغلوون الكواركية. بدأ البحث عن قمع الكواركونيا كعلامة على بلازما الغلوون الكواركية منذ 25 عامًا. تشير نتائج ALICE الأولى لهادرونات السحر في تصادمات PbPb عند طاقة مركز الكتلة √sNN = 2.76 TeV إلى فقدان قوي للطاقة في الوسط للكواركات الساحرة والغريبة وهو مؤشر على تكوين الوسط الساخن لـ QGP. ^[43]

مع ارتفاع درجة الحرارة، تزداد عملية الفرز اللوني مما يؤدي إلى قمع أكبر لحالات الكواركونيوم حيث يصبح من الصعب على الكواركات الساحرة - المضادة للسحر أو القاعية - المضادة للقاع تكوين حالات مرتبطة جديدة. عند درجات الحرارة المرتفعة جدًا، لا يُتوقع بقاء أي حالات كواركونيوم؛ فهي تذوب في QGP. لذلك، يُعتبر القمع المتسلسل للكواركونيوم بمثابة مقياس حرارة QGP، حيث أن الحالات ذات الكتل المختلفة لها أحجام مختلفة ومن المتوقع أن يتم فرزها وتفككها عند درجات حرارة مختلفة. ومع ذلك - مع زيادة طاقة الاصطدام - يزداد أيضًا عدد الكواركات الساحرة المضادة للسحر التي يمكن أن تشكل حالات مرتبطة، وقد تظهر آلية موازنة لإعادة تركيب الكواركونيا عندما ننتقل إلى طاقات أعلى.

إن النتائج التي تم الحصول عليها من أول تجربة ALICE مذهلة إلى حد ما، عند مقارنتها بالملاحظات من الطاقات المنخفضة. فبينما لوحظ قمع مماثل عند طاقات LHC للتصادمات الطرفية، فإن القمع لم يعد يزداد عند التحرك نحو المزيد من التصادمات المباشرة - كما تم قياسه من خلال العدد المتزايد من النيوكليونات في النوى الرئيسية المشاركة في التفاعل. لذلك، وعلى الرغم من درجات الحرارة الأعلى التي تم الوصول إليها في التصادمات النووية في LHC، فقد تم اكتشاف المزيد من ميزونات J/ψ بواسطة تجربة ALICE في Pb–Pb فيما يتعلق بـ p–p. ومن المرجح أن يكون مثل هذا التأثير مرتبطًا بعملية تجديد تحدث عند الحد الفاصل بين QGP والغاز الساخن للهدرونات.

كما لوحظ قمع حالات الكارمونيوم في تصادمات البروتون والرصاص في LHC، حيث لا يتشكل بلازما كوارك غلوون. يشير هذا إلى أن القمع الملحوظ في تصادمات البروتون والنواة (pA) يرجع إلى تأثيرات المادة النووية الباردة. يتطلب استيعاب ثروة النتائج التجريبية فهم تعديل الوسط للكواركونيا وفك تشابك تأثيرات المادة الساخنة والباردة. يوجد اليوم قدر كبير من البيانات المتاحة من RHIC و LHC حول قمع الكارمونيوم والبوتونيوم، ويحاول ALICE التمييز بين التأثيرات الناجمة عن تكوين QGP وتلك الناجمة عن تأثيرات المادة النووية الباردة.

كشف تحليل البيانات من تصادمات p-Pb في LHC عن بنية مزدوجة التلال غير متوقعة تمامًا ذات أصل غير معروف حتى الآن. فتحت تصادمات البروتون والرصاص (p-Pb) في عام 2013، بعد عامين من تصادماتها بالأيونات الثقيلة، فصلاً جديدًا في استكشاف خصائص الحالة غير المحدودة والمتماثلة كيراليًا لـ QGP. تم العثور أيضًا على ارتباط مفاجئ على الجانب القريب وطويل المدى (ممتد في شبه السرعة)، يشكل بنية تشبه التلال التي لوحظت في تصادمات pp عالية التعدد، في تصادمات p-Pb عالية التعدد، ولكن بسعة أكبر بكثير. ^[44] ومع ذلك، جاءت المفاجأة الأكبر من الملاحظة التي تفيد بأن هذا التلال على الجانب القريب مصحوبة بتلال جانبية بعيدة متماثلة بشكل أساسي، معاكسة في السمت (CERN Courier March 2013 p6). تم الكشف عن هذا التلال المزدوج بعد قمع الارتباطات قصيرة المدى الناشئة عن تفتيت النفاثات وتحلل الرنين عن طريق طرح توزيع الارتباط المقاس للأحداث ذات التكرار المنخفض من التوزيع المقاس للأحداث ذات التكرار العالي.

وقد نُسبت هياكل مماثلة طويلة المدى في تصادمات الأيونات الثقيلة إلى التدفق الجماعي للجسيمات المنبعثة من نظام حراري يخضع لتوسع هيدروديناميكي جماعي. ويمكن وصف هذا التباين الخواص عن طريق معاملات vn (n = 2، 3، ...) لتحلل فورييه لتوزيع السمت للجسيم الواحد. لاختبار الوجود المحتمل للظواهر الجماعية بشكل أكبر، قام تعاون ALICE بتوسيع تحليل الارتباط بين الجسيمين إلى جسيمات محددة، للتحقق من وجود ترتيب كتلة محتمل لمعاملات التوافقيات v2. وقد لوحظ مثل هذا الترتيب في الكتلة في تصادمات الأيونات الثقيلة، حيث تم تفسيره على أنه ينشأ عن دفعة شعاعية مشتركة - ما يسمى بالتدفق الشعاعي - مقترنة بالتباين الخواص في فضاء الزخم. استمرارًا للمفاجآت، تم قياس ترتيب واضح للجسيمات والكتل، مماثل للترتيب الذي لوحظ في تصادمات الرصاص-الرصاص في منتصف المركز (سيرن كورير، سبتمبر/أيلول 2013)، في تصادمات p-Pb عالية التكرار.

إن المفاجأة الأخيرة، حتى الآن، تأتي من حالات الكارمونيوم. فبينما لا يكشف إنتاج J/ψ عن أي سلوك غير متوقع، فإن إنتاج الحالة الأثقل والأقل ارتباطًا (2S) يشير إلى قمع قوي (0.5-0.7) فيما يتعلق بـ J/ψ، عند مقارنته بتصادمات p-p. فهل هذا تلميح لتأثيرات الوسط؟ في الواقع، في تصادمات الأيونات الثقيلة، تم تفسير مثل هذا القمع على أنه ذوبان متسلسل لحالات الكواركونيا، اعتمادًا على طاقة ارتباطها ودرجة حرارة QGP الناتجة عن هذه التصادمات.

كانت النتائج المتوقعة لحملة قياس p–Pb الأولى مصحوبة على نطاق واسع بملاحظات غير متوقعة. ومن بين النتائج المتوقعة التأكيد على أن تصادمات البروتون والنواة توفر أداة مناسبة لدراسة البنية البارتونية للمادة النووية الباردة بالتفصيل. وقد جاءت المفاجآت من تشابه العديد من الملاحظات بين تصادمات p–Pb وPb–Pb، والتي تشير إلى وجود ظواهر جماعية في تصادمات p–Pb مع تعدد الجسيمات العالي، وفي النهاية، تكوين QGP. ^[45]

This section does not cite any sources. Please help improve this section by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed. (May 2015) (Learn how and when to remove this message)

كان النشاط الرئيسي للترقية في ALICE أثناء الإغلاق الطويل 1 لمصادم الهدرونات الكبير هو تركيب مقياس الحرارة ثنائي النفث (DCAL)، وهو امتداد لنظام EMCAL الحالي الذي يضيف 60 درجة من القبول السمتي مقابل 120 درجة الحالية من قبول EMCAL. سيتم تثبيت هذا الكاشف الفرعي الجديد في الجزء السفلي من المغناطيس اللولبي، والذي يضم حاليًا ثلاث وحدات من مطياف الفوتون (PHOS). علاوة على ذلك، سيتم تثبيت نظام سكة وحامل جديدين تمامًا لدعم وحدات PHOS الثلاث ووحدات DCAL الثماني، والتي يبلغ وزنها معًا أكثر من 100 طن. سيتبع تركيب خمس وحدات من TRD وبالتالي إكمال نظام الكاشف المعقد هذا، والذي يتكون من 18 وحدة.

بالإضافة إلى أنشطة الكشف الرئيسية هذه، خضعت جميع أجهزة الكشف الفرعية ALICE البالغ عددها 18 لتحسينات كبيرة أثناء LS1 بينما تم استبدال أجهزة الكمبيوتر وأقراص الأنظمة عبر الإنترنت، تلا ذلك ترقيات لأنظمة التشغيل والبرامج عبر الإنترنت.

تهدف كل هذه الجهود إلى ضمان أن يكون مشروع ALICE في حالة جيدة لفترة تشغيل LHC التي تستمر لمدة ثلاث سنوات بعد LS1، عندما يتطلع التعاون إلى تصادمات الأيونات الثقيلة عند طاقة LHC العليا البالغة 5.5 تيرا إلكترون فولت/نوكليون عند سطوع يتجاوز 1027 هرتز/سم ² .

وتخطط مجموعة ALICE لإجراء ترقية كبرى خلال فترة الإغلاق الطويلة المقبلة، LS2، والتي كان من المقرر أن تتم في عام 2018. وبعد ذلك سيتم استبدال جهاز التتبع السيليكوني بالكامل بنظام تتبع أحادي البكسل مبني من رقائق ALPIDE؛ وسيتم ترقية غرفة الإسقاط الزمني بكاشفات مضاعفات الإلكترون الغازية (GEM) للقراءة المستمرة واستخدام الإلكترونيات الدقيقة الجديدة؛ وستستعد جميع الكواشف الفرعية الأخرى والأنظمة عبر الإنترنت لزيادة قدرها 100 ضعف في عدد الأحداث المكتوبة على الشريط.

• الوسائط المتعلقة بـ ALICE في ويكيميديا ​​كومنز
• الصفحة الرسمية العامة لـ ALICE محفوظات 2011-02-21 على موقع Wayback Machine في CERN
• الجدول الزمني التفاعلي للذكرى السنوية العشرين لـ ALICE ^{[ رابط معطل دائمًا ‍ ]}
• قسم ALICE على موقع US/LHC
• Aamodt, K.; et al. (The ALICE Collaboration) (2008). "The ALICE experiment at the CERN LHC". Journal of Instrumentation . 3 (8): S08002. Bibcode :2008JInst...3S8002A. doi : 10.1088/1748-0221/3/08/S08002 .