Forward calorimeter (FoCal) - konstruktionen af en detektor til ALICE eksperimentet

At måle gluon-densiteten i protoner og bly-kerner og dermed opnå en bedre forståelse mht. nuklear modifikation for lave x- og Q^2-værdier:

Gluoner er en type af elementarpartikler der formidler den stærke kernekraft, hvilket er den vekselvirkning der holder kvarker sammen, så partikler som protoner og neutroner kan dannes. De seneste resultater fra uelastiske kollisioner af kernepartikler indikerer at der ved lav x, der er et mål for overførslen af transversal impuls i kollisioner, skulle være en mindre gluon- densitet for tunge kerner end for frie protoner og neutroner, hvilket ellers virker kontraintuitivt, men det er netop dette vi kender som en af de såkaldte ”shadowing”-effekter.

Dette ønskes også udforsket for lave Q-værdier, der angiver kvadratet af den overførte 4-dimensionelle impuls. Tidligere har man ikke kunnet kigge på dette, da man ikke har haft detektorer der kan måle tilstrækkeligt parallelt med beamen, for høj pseudorapiditet, men efter inklusionen FoCal vil det kunne lade sig gøre.

Ved relativistiske kollisioner antages det, at der eksisterer en type stof kendt som Color glass condensate (CGC).

Denne type stof består hovedsageligt af frie gluoner og mediet er dermed domineret af interaktioner gluonerne imellem.

Dette ville muligvis kunne forklare ”shadowing”-effekterne, der giver et billede af, at gluonmætningen er større for frie protoner og neutroner end for tungere kerner.

I p-p eller p-Pb protoner har man observeret azimutale korrelationer mellem partikler på kanten eller ”the ridge” af den nuværende rummelige grænse af ALICE nær beamet (strålen).

Det er dog svært at vide, hvordan disse korrelationer bliver til og udvikler sig, men med FoCal regner man med at kunne observere flere af effekternes udviklingsstadier tidligere, og dermed relatere dem til målinger fra de eksisterende detektorer.

Kvark-gluon-plasma (QGP) er en substans der dannes i relativistiske kollisioner, og som man mener er meget lig opbygningen af det tidlige univers.

Ved relativistiske kollisioner dannes der dog også jets, kegler af relativistiske partikler, der interagerer med mediet, QGP, før de når nogle detektorer. Dette at der måles lavere energier end ellers forventet, og deraf navnet ”jet quenching”.

Med introduktionen af FoCal vil man kunne få et klarere billede af, hvordan partiklerne interagerer med QGP og hvor hurtigt de taber deres energi, hvormed vi også vil få en bedre forståelse af det tidlige univers og dets udvikling.

Billeder af Prototype 2 opsætningen:

FoCal-E undersøger partikler der interagerer elektromagnetisk, hvilket vil sige partikler der laver en type particle shower i detektoren.

FoCal-H undersøg er partikler der interagere hadronisk og partikler der interagere elektromagnetisk grundet den måde hadroner laver et particle shower.

Alt afhængig af indgangspartiklen, energien og sandsynligheden for indgangspartiklens kollision med detektoren kan et response i FoCal-H se forskelligt ud.

Over de næste mange år er der mange komponenter der skal testes, optimeres og konstrueres indtil den endelige version skal installeres i 2027.

FoCal-H er lige nu i processen med at få testet de sidste hardwarekomponenter af Prototype 2. Nogle af disse komponenter er f.eks. digitalt udlæsningssystem, SiPM (Sillicon photomultipliers), kølingssystem, Kobberrør, Scintillerende fibre samt sammensætningen af kobberrør, sammensætningen af scintillerende fibre og deres kobling til SiPM.

I test af disse komponenter og den tilhørende analyse af disse opstår der en masse faktorer der skal optimeres imod den endelige detektor, skal stå klar i 2027.

Optimeringerne samt færdiggørelse af diverse FoCal-H komponenter kommer til at forløbe over de næste 2-3 år imod den endelige installation af FoCal i 2027.