Physique avec l’expérience ALICE
M2-APIMVendredi 18 février 2011
Bruno Espagnon 0IPNO - ALICE
But scientifique
Température
M2-APIMVendredi 18 février 2011
Bruno Espagnon 1IPNO - ALICE
But scientifique
Comprendre les premiers instants de l'évolution de notre Univers et certains phénomènes astrophysiques (GRB, CDM, …)
Etudier la dynamique des partons àpetit x et haute densité (CGC)
Tester les prédictions de la QCD sur réseau
M2-APIMVendredi 18 février 2011
Bruno Espagnon 2IPNO - ALICE
1 MeV = 106 eV 10 Milliards de degrés ~ 600 fois la température du soleilDensité d’énergie de 0,7 GeV/fm3 à comparer au noyau atomique qui est à 0,15 GeV/fm3
Comment y parvenir ?
A faible température
augmenter la densité
En augmentant la densité d’énergieA faible densité
chauffer
M2-APIMVendredi 18 février 2011
Bruno Espagnon 3IPNO - ALICE
Comparaison accélérateurs
<0,2~0,5~1t0 (fm/c)
4-101,5-4,0<1tQGP (fm/c)
2x104(?)7x103103Vf(fm3)
15-403,5-7,52,5e (GeV/fm3)t0=1fm
2-8 x103700-1500430dNch/dy
550020017s1/2(GeV)
LHCRHICSPSCentral Collisions
~ × 10 SPS LHC ; ~ × 3 - 5 RHIC LHC for e, V, t
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Bruno Espagnon 4IPNO - ALICE
M2-APIMVendredi 18 février 2011
Bruno Espagnon 5IPNO - ALICE
Alice
M2-APIMVendredi 18 février 2011
Bruno Espagnon 6IPNO - ALICE
*Lmax (ALICE) = 1031 ** Lint (ALICE) ~ 0.5 nb-1/year
Collision system √sNN(TeV) L0 (cm-2s-1) Run time (s/year) geom (b)
pp 14.0 1034 * 107 0.07
PbPb 5.5 1027 106 ** 7.7
pPb 8.8 1029 106 1.9
ArAr 6.3 1029 106 2.7
Conditions de faisceau
Autres systèmes : Sn, Kr, O et énergies : e.g. pp @ 5.5 TeV
Le LHC
1 TeV = 1012 eV = énergie d’un moustique lancé à 40 cm/s !!!Energie dérisoire à notre échelle mais concentrée dans un volume 30 000 milliards de fois plus petit que l’atome d’hydrogène !-> densité d’énergie énorme
M2-APIMVendredi 18 février 2011
Bruno Espagnon 7IPNO - ALICE
Énergie pour 1 faisceau pp = 360 MJ
= porte avion de 20000 tonnes à 20 km/h
… ou encore voiture de 1,5 tonnes à 2500 km/h
… ou bien énergie suffisante pour faire fondre 500 kg de cuivre
… ou 77,4 kg de TNT
Bref ~ 280 fois l’énergie du Tevatron
Énergie LHC
M2-APIMVendredi 18 février 2011
Bruno Espagnon 8IPNO - ALICE
Sonder le QGP
Vide
QGP
Matière
hadronique
Une bonne sonde devrait être :
• bien comprise en collisions p-p
• faiblement affectée par la matière hadronique et de manière bien comprise
• fortement affectée par le QGP
M2-APIMVendredi 18 février 2011
Bruno Espagnon 9IPNO - ALICE
Le J/ comme sonde du QGP
M2-APIMVendredi 18 février 2011
Bruno Espagnon 10IPNO - ALICE
Le J/ comme sonde du QGP
Perturbative Vacuum
cc
J/ (M=3.1GeV/c2)
Color Screening
cc
Intérêt :
• produit aux 1ers instants et temps de vie relativement long « verra » l’état du milieu
• Etat fortement lié peu affecté par le milieu hadronique
Si température suffisamment grande écrantage de Debye et destruction du J/
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Bruno Espagnon 11IPNO - ALICE
Le J/ comme sonde du QGP
’c
J/
M2-APIMVendredi 18 février 2011
Bruno Espagnon 12IPNO - ALICE
Le J/ comme sonde du QGP
S 17 GeV
0 y 1
Absorption normale du
J/
SPS : NA38-NA50-NA51-NA60L(fm)
Etude avec un grand nombre de systèmes
p-A absorption normale (effet nucléaire froid)
Changement de régime en In-In et Pb-PbM2-APIMVendredi 18 février 2011
Bruno Espagnon 13IPNO - ALICE
Le J/ comme sonde du QGP
S 200 GeV
RHIC : PHENIX
Collisions Au-Au à √S = 200 GeV
RAA =dNJ/
AA
dNJ/PP <Ncoll>x
Suppression plus faible à rapidité centrale
M2-APIMVendredi 18 février 2011
Bruno Espagnon 14IPNO - ALICE
Le J/ comme sonde du QGP
Capella - Modèle des Comovers avec absorption normale et shadowing
Rapp : Modèle de dissociation + recombinaison
M2-APIMVendredi 18 février 2011
Bruno Espagnon 15IPNO - ALICE
« A la lumière du passé le présent s’éclaire »
En plus au LHC :
• (B J/ / J/ direct ~ 20 % en collisions centrales Pb-Pb,
• recombinaison, …
1.10 0.74 0.1-0.2
0.831.101.132.31 0.75
Quoique …
Et dans 5 ans ???
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Bruno Espagnon 16IPNO - ALICE
ALICE : A Large Ion Collider Experiment
M2-APIMVendredi 18 février 2011
Bruno Espagnon 17IPNO - ALICE
33 pays, 115 instituts, plus de 1000 membresSize: 16 x 26 meters
Weight: 10,000 tons
Le spectromètre à muons d’ALICE
Observation des J/ et en dimuons
Principales performances attendues :• Résolution en masse pour le < 100 MeV résol. spatiale < 100 m • Jusqu’à 500 hits / collision centrale Pb-Pb sur la première station• Taux de trigger < ~1 kHz (bande passante de la DAQ pour les événements muon)
Mµµ (GeV/c2)
’’’
Spectromètre dédié à la mesure des (di)muons (2,5<<4)
M2-APIMVendredi 18 février 2011
Bruno Espagnon 18IPNO - ALICE
Stations de triggerStations de
trajectographie
Aimant dipolaire
Filtre à muons
Absorbeurs
Le spectromètre dimuons
Station de trajectographie
ST1 = 8 quadrants (Cathode Pad Chambers) + 1 spareConstruction et test de 9 Cathode Pad Chambers.
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Bruno Espagnon 20IPNO - ALICE
Le système de trajectographieStation 1 :
Trois zones de densité de pads (28000 pads /quadrant)
M2-APIMVendredi 18 février 2011
Bruno Espagnon 21IPNO - ALICE
Le système de trajectographie
Chambres de trajectographie : chambres à fils à cathodes segmentées : 1,1.106 pads à lire
Station 1 et 2 : quadrants
Stations 3, 4 et 5 : panneaux
M2-APIMVendredi 18 février 2011
Bruno Espagnon 22IPNO - ALICE
ST12
ST345
MANU : FEE CROCUS : Readout
TCI : distribution du trigger et gestion des Busy
DAQECSSlow Control
Détecteur DAQ Trigger
Electronique du système de trajectographie
L’électronique du système de trajectographie.
M2-APIMVendredi 18 février 2011
Bruno Espagnon 23IPNO - ALICE
Le système de trajectographie
Tests en faisceau au CERN du prototype final de quadrant et de l’électronique
Tests en cosmique de chaque quadrant équipé de son électronique avant installation dans le spectromètre
Le système de trajectographie
Performances en trois plots
• Bruit (en canaux ADC) sur un quadrant = 405 MANU
• Lecture d’un quadrant entier (28 000 voies) jusqu’à des fréquences de 900 Hz
• Avec suppression de zéro lecture jusqu’à 2500 Hz
1,09 cx ADC ~ 1000 e-
Variation du piédestal sur ~ 2,5 jours
cmA. Charpy et al. ALICE-INT-2006-016
Installation de l’absorbeur frontal de hadrons (~30 t)
Structure interne complexe
0,7 T - 2,7 MW - 800 t
InstallationIntégration des ST1 et ST2, des services (gaz, ventilation …) et procédure d’installation : études sur plans et réalisation d’une maquette à l’échelle 1.Réalisation des supports des ST1 et ST2.Etude par simulation et validation sur une maquette du refroidissement par air des ST1 et ST2
~38°C
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Bruno Espagnon 30IPNO - ALICE
Le système de trajectographie
Le système de trajectographie satisfait pleinement les spécifications demandées pour ALICE :
• résolution < 100 m
• bruit ~ 1000 e-
• fréquence d’acquisition jusqu’à 1 kHz
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Bruno Espagnon 31IPNO - ALICE
M2-APIMVendredi 18 février 2011
Bruno Espagnon 32IPNO - ALICE
Le système de trajectographie
M2-APIMVendredi 18 février 2011
Bruno Espagnon 33IPNO - ALICE
Le système de trajectographie
• Développement du logiciel temps réel pour CROCUS• Software LC2 de déploiement CROCUS• Software pour TCI• Interfaçage avec la DAQ (DATE) et mise au point du format des données• Développement du logiciel de diagnostic utilisé par le banc de tests industriel des MANU.• Test aux radiations du CROCUS• Tests d'électronique Softwares déployés au CERN et validés lors des runs cosmiques
Software
• Modélisation du détecteur • Coordination Dimuon Offline dans AliRoot Code d’analyse validé lors des PDC et de l’analyse des runs cosmiques
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Bruno Espagnon 34IPNO - ALICE
Grille de calculGRIF = Grille de Recherche d’Île de France TIER2 à l’IPNO : • 300 CPU (~ 600 kSi2k)• 17 To de disque (+ 24 To en 2009)
~ 140 000 jobs ALICE exécutés sur le TIER2 IPNO
Participation aux ALICE Physics Data Challenge (PDC)
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Bruno Espagnon 35IPNO - ALICE
Budget
Participation Française de ~ 6 M€ (chiffres 2004)~ 2 M€ pour ALICE Orsay
301 k€ pour la construction des quadrants19 k€ pour les supports55 k€ pour le coolingCORE ALICE 650,6 kChF (~ 440 k€)
147 026 € Crocus (22)24326 € le châssis TCI14 600 € translateur ST12 (456 pour ST12)48 000 € translateur et bridge ST345 (900 bridges et 700 translateurs)10 000 € / carte géné calib (228)608 k€ pour les 19600 MANU (hors coût MARC et MANAS)CORE ALICE 2358,8 kChF (~ 1604 k€)
+ contribution financière à d’autres parties du spectromètre et d’ALICE.
M2-APIMVendredi 18 février 2011
Bruno Espagnon 36IPNO - ALICE
M2-APIMVendredi 18 février 2011
Bruno Espagnon 37IPNO - ALICE
Physique
M2-APIMVendredi 18 février 2011
Bruno Espagnon 38IPNO - ALICE
Physique
Avec et sans alignement des chambres
M2-APIMVendredi 18 février 2011
Bruno Espagnon 39IPNO - ALICE
Sélection des runs
Physique
M2-APIMVendredi 18 février 2011
Bruno Espagnon 40IPNO - ALICE
Physique
M2-APIMVendredi 18 février 2011
Bruno Espagnon 41IPNO - ALICE
Simulations acceptanceet efficacité
Mesure de la luminosité du faisceau …
Section efficace de production (résultat préliminaire)
Physique
bpolsystsyststatyJ .).()(98.0)(29.025.7)45.2( 87.0
50.1/
LAcc
Ny
J
J
J
145.2
e