ALICE 光子探测实验及中国组的研究进展

1. ALICE光子探测实验及中国组的研究进展 周代翠 华中师范大学粒子物理研究所 （ALICE－中国组） 中国原子能研究院 (CIAE) 华中师范大学 (CCNU) 华中科技大学 (HUST) 内容提纲 1引言 2 ALICE/PHOS的物理目标与机遇 3 ALICE－中国组的研究进展 4 总结 高能核物理的大型国际合作与中国的机遇学术研讨会 上海

2. ALICE光子探测的重要性 • 再散射的几率小，携带核－核碰撞初始阶段的信息； • 在重离子碰撞的各个阶段都有光子发射； • 光子产生速率和动量分布与QGP中或强子中的夸克、反夸克和胶子的动量分布有关； • 光子与双光子在pt=1-5GeV/C处产额增加－QGP信号与火球温度； • 提供手征对称性相关的信号； • 将HBT关联扩展到热光子和0 -0关联 —研究火球的时空与低动量直接光子增强； • －Jets和 jet quenching的研究； • 硬过程（PQCD）光子谱pt> ~ 5GeV：检验硬过程的碰撞标度－Ncoll scaling —光子探针是探寻QGP信号、研究QGP性质的重要手段 高能核物理的大型国际合作与中国的机遇学术研讨会 上海

3. Non-thermal thermal Hard+thermal Pre-equili-brium photons QGP Hadron gas Initial hardscattering Interaction of hardparton with QGP 1) and2) Medium induced photon bremsstrahlung pQCD or prompt photons 超高能重离子碰撞中各阶段产生光子 Photons in A+A Direct Photons Decay Photons 高能核物理的大型国际合作与中国的机遇学术研讨会 上海

4. 光子测量中的问题 • 高动量光子 区分0衰变光子； 低的计数率 • 低动量光子 介子衰变光子比直接光子高10－100倍； 高的粒子密度（dN/dy)：RHIC：1500，LHC：4000-6000 • 需要高粒度（晶体尺寸，到顶点距离和晶体Molierer半径） • 光子判别：CPV 、TOF和簇射形状分析 • 介子谱的抽取 ：不变质量谱 • 两光子关联函数 高能核物理的大型国际合作与中国的机遇学术研讨会 上海

5. ALICE /PHOS谱仪的测量范围 能量范围 • 光子： pt  0.5-100GeV/c • 0: pt  1.0-100GeV/c • ’: pt  2.0-100GeV/c 覆盖范围 • -0.12    0.12 • -50    50 高能核物理的大型国际合作与中国的机遇学术研讨会 上海

6. h 2 ITS tracking 1 TRD TOF 0 PHOS HMPID TPC -1 ITS multiplicity -2 0 100 2 3 1 20 pt ALICE中心探测器的接收度 高能核物理的大型国际合作与中国的机遇学术研讨会 上海

7. CPV EMC ALICE/PHOS的组成 CPV 多丝正比室，去除带电粒子 电磁量能器（EMC）簇射形状判别 时间信号（TOF）区分快慢粒子 高能核物理的大型国际合作与中国的机遇学术研讨会 上海

8. 电磁量能器的组成 17,920路 • CPV多丝正比室 • 钨酸铅晶体： 2222180mm3；20辐射长度 面积：8 m2 体积：1.5 m3 重量：12.5吨 • 读出系统：APD + 前置放大器＋FEE电子学 • 冷却恒温系统 -25ºC  0.3C 高能核物理的大型国际合作与中国的机遇学术研讨会 上海

9. Position resolution Energy resolution • a = 0.013 ± 0.007 GeV • b = 0.036 ± 0.002 GeV1/2 • c = 0.0112 ± 0.0003 PHOS的能量分辨与位置分辨 • (~ 1.5% @ 10 GeV) (~ 1.25mm @10 GeV) 高能核物理的大型国际合作与中国的机遇学术研讨会 上海

10. 中国与CERN关于ALICE的合作建议情况 项目名称：CERN/ALICE 超高能重离子实验中的光子探测 参加单位： 中国原子能科学研究院，华中师范大学 华中科技大学 高能核物理的大型国际合作与中国的机遇学术研讨会 上海

11. 项 目 历 史 • 1993年 参加ALICE合作组 • 1999年 3月 第1次ALICE/China合作研讨会, 北京 • 2000年 3月 第2次ALICE/China合作研讨会， 北京 • 2000年 8月 重大国际合作项目申请 • 2000年10月 书面评审，北京 • 2001年12月 项目评审会， 北京 • 2003年10月 第3次ALICE/China合作研讨会， 武汉 • 2005年 5月 ALICE/PHOS合作与FEE论证会，武汉 • 1999年11月 北京会议，中国－CERN合作第一次研讨会 • 2003年10月 威海会议，中国－CERN合作第二次研讨会 • 2005年 5月 北京会议，中国－CERN合作第三次研讨会 高能核物理的大型国际合作与中国的机遇学术研讨会 上海

12. 完 成 的工 作 • PIN（17×17mm)的研制与在线束流测试 • FEE的设计、12块主板研制、在线束流测试 • APD前放设计与样机研制 • 穿透效应,FEE触发(Trigger)判选 • PHOS束流测试,数据获取系统DAQ研制 • PHOS机械系统的图纸设计 • PHOS粒子鉴别研究 • 事件产生器研制 (PHOS粒子辨别，双轻子产生，TRD系统，Geant4） • QGP信号与背景的研究 • ALIROOT模拟软件的安装、使用、研制与模拟 • 青年科技骨干的培养（ CIAE 、CCNU、、HUST） • 多次的国际学术交流活动 • PHOS第一个探测模块的前端电子学130块主板研制与在线测试计划于2005年11月由中国组完成（2005年5月30－6月2日 ALICE光子探测国际合作会议,武汉，中国设计研制的FEE系统主板全部通过专家组论证） 高能核物理的大型国际合作与中国的机遇学术研讨会 上海

13. 建设备阶段中国组的投入 • PIN研制： 80万元(国家自然科学基金会) • FEE电子学：60万元(华中师范大学、华中科技大学、原子能研究院) • 实验探测模拟、数据分析方法、QGP信号与背景、QGP信号鉴别 • 快速计算系统：100万元 (教育部、以及华中师范大学) • ALICE探测器安装（2003－2007）5－7名技术工人和工程师： 折合贡献约： 550万元(CIAE 及 中国组) PHOS是目前用于此类实验的性能最好的光子谱仪 ALICE/PHOS 的前端电子学FEE（560套）将由中国组研制和生产 参加ALICE后中国组有权分析ALICE各种探测器的数据 高能核物理的大型国际合作与中国的机遇学术研讨会 上海

14. 中国研制的PIN 17x17mm2 , high quantum efficiency, low current leakage 高能核物理的大型国际合作与中国的机遇学术研讨会 上海

15. 在中国研制用于APD的前放 使用国内市场元件 完成研制 高能核物理的大型国际合作与中国的机遇学术研讨会 上海

16. 高能核物理的大型国际合作与中国的机遇学术研讨会 上海

17. 高能核物理的大型国际合作与中国的机遇学术研讨会 上海

18. 高能核物理的大型国际合作与中国的机遇学术研讨会 上海

19. 在CERN测试中国研制的前端电子学系统FEE 高能核物理的大型国际合作与中国的机遇学术研讨会 上海

20. 建立在华中师范大学粒子物理研究所的计算机集群建立在华中师范大学粒子物理研究所的计算机集群 DELL－1750 26 nodes, Double CPU DELL－2650 2.8GHZ Fiber: 15×146GB IDE:15x320GB RAID Capacity：7TB 高能核物理的大型国际合作与中国的机遇学术研讨会 上海

21. ALICE计算模拟分析及网格系统 GEANT4 GEANT3 FLUKA ISAJET HIJING AliRoot AliEn Virtual MC EVGEN MEVSIM HBTAN STEER PYTHIA6 PDF PMD EMCAL TRD ITS PHOS TOF ZDC RICH HBTP STRUCT CRT START FMD MUON TPC RALICE ROOT 高能核物理的大型国际合作与中国的机遇学术研讨会 上海

22. Topology Trigger Efficiency Particle Identification Dimuon Measurement Precision Punchthrough Effect 高能核物理的大型国际合作与中国的机遇学术研讨会 上海

23. 总 结 • ALICE物理是当代物理学重要前沿； • ALICE实验在能量上，实验设备上优于现存实验，对于探测QGP信号、从根本上检验格点QCD预言、研究高温高密物质性质，以及发现超高能区新物理现象有不可取代的作用； • 中国组参加建造的ALICE/PHOS是ALICE装置中最具特点的部分，可研究丰富的物理问题，PHOS电子学的研制科技含量高，为增强中国在ALICE中的地位,为2007年后开展物理研究的主动权,为培养高能核物理领域新一代科技人才都非常重要。 高能核物理的大型国际合作与中国的机遇学术研讨会 上海

24. 谢谢! 高能核物理的大型国际合作与中国的机遇学术研讨会 上海

25. PHOS Project-organization • Participating institutes - China, Beijing, China Institute of Atomic Energy (CIAE) - China, Wuhan, Huazhong Normal University, Institute of Particle Physics (CCNU) - China, Wuhan, Huazhong University of Science and Technology (HUST) - Czech Republic, Prague, Academy of Science of the Czech Republic, Institute of Physics - Germany, Münster, Westfälische Wilhelms Universität, Institute für Kernphysik - France, Nantes, Laboratoire de Physique Subatomic et des Technologies Associées - Japan, Hiroshima, Hiroshima University - Norway, Bergen, University of Bergen, Department of Physics - Norway, Oslo, University of Oslo, Department of Physics - Poland, Warsaw, Soltan Institute for Nuclear Studies - Russia, Moscow, Russian Research Center ‘Kurchatov Institute’ - Russia, Protvino, Institute for High Energy Physics - Russia, Sarov, Russian Federal Nuclear Center ‘VNIIEF’ - Russia, Dubna, Joint Institute for Nuclear Reasearch 高能核物理的大型国际合作与中国的机遇学术研讨会 上海

26. Non-thermal thermal Hard+thermal Pre-equili-brium photons QGP Hadron gas Initial hardscattering Interaction of hardparton with QGP 1) and2) Medium induced photon bremsstrahlung pQCD or prompt photons Photon Sources in A+A Photons in A+A Direct Photons Decay Photons 高能核物理的大型国际合作与中国的机遇学术研讨会 上海

27. PHOS Mechanics Crystal detector unit PHOS module Working temperature: -25 oC • Modular structure • 5 independentmoduleseachof 3584crystal detector units: • PWO crystal+ APD+ preamp. Strip unit of 16 detector units PHOS Cradle Design of PHOS module in SAROV, Production at METAX factory, Moscow 高能核物理的大型国际合作与中国的机遇学术研讨会 上海