Fisica Sperimentale delle Interazioni Fondamentali: ALICE

ALICE, acronimo di A Large Ion Collider Experiment, e' uno dei piu' grandi esperimenti al mondo dedicati alla ricerca nella fisica delle particelle su scala infinitamente piccola. E' ospitato al CERN di Ginevra, in Svizzera, dove l'apparato e' collocato lungo l'anello del Large Ion Collider (LHC).

L'esperimento e' stato progettato per studiare collisioni frontali di nuclei pesanti accelerati nell'LHC ad energie ultrarelativistiche. Secondo le previsioni della Cromodinamica Quantistica (QCD), collisioni a tale energia generano condizioni estreme di temperatura (100000 volte piu' alta di quella raggiungibile al centro del sole) e densita' di energia, alle quali protoni e neutroni "fondono" dando origine ad una transizione della materia atomica ad uno stato deconfinato di quarks e gluoni, in cui essi sono liberi: si tratta del plasma di quarks e gluoni (Quark-Gluon Plasma, QGP).

Si presume che condizioni simili abbiano avuto luogo nell'Universo primordiale, una frazione di secondo dopo il Big Bang, prima che quarks e gluoni si legassero insieme a formare adroni e particelle pesanti.

La collaborazione ALICE studia proprio la formazione (seppure su un volume minimo, confrontabile con quello di un nucleo atomico, e per un istante infinitesimo) delle "gocce" di materia primordiale create nelle collisioni di nuclei pesanti accelerati a velocita' prossime a quelle della luce. Tali gocce, espandendosi e raffreddandosi, danno progressivamente origine alle particelle che costituiscono la materia ordinaria. Analizzando le collisioni protone-piombo o piombo-piombo, a cui LHC dedica ogni anno parte del suo programma sperimentale, ALICE esplora la fisica del confinamento, sonda le proprieta' del vuoto e ci fornisce un'idea di come si comportasse la materia immediatamente dopo il Big Bang.

L'apparato sperimentale di ALICE e' stato ottimizzato per studiare le interazioni di ioni pesanti (Pb-Pb) all'energia nel centro di massa di 2.76 TeV per coppia di nucleoni, e per rivelare le decine di migliaia di particelle prodotte in ogni collisione. Utilizza tecnologie di punta: sistemi ad alta precisione per la rivelazione e il tracciamento delle particelle; sistemi ultra-miniaturizzati per processare i segnali elettronici; risorse di calcolo per l'analisi dei dati distribuite su scala mondiale (GRID).

L'apparato consiste in un rivelatore centrale e in uno spettrometro per muoni. Il rivelatore centrale, costituito da piu' sotto-rivelatori disposti in modo concentrico attorno alla regione di interazione, e' dedicato all'identificazione delle particelle prodotte, alla ricostruzione delle loro traiettorie e alla misura della loro energia. Lo spettrometro per muoni, invece, e' deputato allo studio specifico dei decadimenti in muoni degli stati come la J/psi e la Upsilon.

L'esperimento ALICE e' complementare rispetto agli altri esperimenti di LHC, in quanto caratterizzato da una maggiore capacita' di identificazione delle particelle, da un migliore tracciamento di eventi ad alta molteplicita' e da una migliore ricostruzione delle tracce con basso momento.

La collaborazione ALICE include piu' di 1300 fisici, ingegneri e tecnici di 132 istituti di ricerca e Universita' provenienti da 36 nazioni di tutto il mondo. Numerosi sono i gruppi italiani che partecipano all'esperimento. Il gruppo di ALICE di Pavia e' principalmente coinvolto nell'attivita' del Physics Working Group dedicato ai nuclei pesanti (PWG-HF). In particolare, si occupa dell'analisi dei dati protone-protone per la misura della sezione d'urto inclusiva di mesoni charmati (mesone D0). Inoltre, partecipa al progetto dell'Inner Tracking System (ITS), il rivelatore di vertice posto immediatamente intorno alla regione di interazione, costituito da diverse tipologie di rivelatori al silicio. Il gruppo pavese, in collaborazione con il gruppo di Torino, fornisce supporto alle attivita' di Quality Assurance: si tratta controlli periodici da effettuare sui dati sperimentali e sulle produzioni Monte Carlo associate a specifici set di dati, per valutare le prestazioni per il funzionamento del rivelatore ITS, in corrispondenza dei vari step di calibrazione e ricostruzione dei dati raccolti da ALICE.

Staff: Alberto Rotondi, Gianluigi Boca, Susanna Costanza

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