La partie centrale

La partie centrale est composée de plusieurs sous-détecteurs qui forment un en-semble de couches concentriques autour des faisceaux et au dessus du point d'inter-action. Les diérents sous-détecteurs sont présentés dans la suite.

L'ITS

Figure 3.3  Gauche : vue schématique de l'ITS. Droite : vue schématique de la TPC.

L'ITS (Inner Tracking System) est le sous détecteur le plus proche du point d'interaction. L'ITS permet de :

 Localiser le vertex primaire avec une résolution en z supérieure à 100 µm ;  Reconstruire les vertex secondaires de désintégration des hypérons et des

mé-sons beaux et charmés ;

 Améliorer les mesures de la TPC. Il permet d'augmenter sa couverture en impulsion transverse en dessous de pt = 100 M eV /c. Il permet également d'améliorer sa résolution en impulsion et la résolution angulaire.

Il est composé de six couches cylindriques de détecteurs au silicium qui couvrent la fenêtre en pseudo-rapidité |η| < 0.9. Chaque paire de couches a une fonction spécique et fait appel à une technologie des détecteurs à silicium particulière. Du point d'interaction vers l'extérieur on trouve (gure 3.3, gauche) :

 Le SPD (Silicon Pixel Detector). Il est basé sur une technologie de pixels de silicium. Il permet de mesurer les vertex primaires ;

 Le SDD (Silicon Drift Detector). Il constitue une chambre à dérive. Il participe à l'identication des particules par une technique dE/dx et à la reconstruction des vertex secondaires ;

 Le SSD (Silicon micro-Strip Detector). Il utilise la technologie des bandes de silicium micrométriques. Il a les mêmes fonctions que le SDD.

La TPC

La TPC (Time Projection Chamber) est le détecteur de traces principal de la partie centrale. C'est une chambre à dérive. Une chambre à dérive est un volume rempli de gaz. Quand une particule traverse le volume, elle ionise le gaz. Les élec-trons ainsi créés dérivent sous l'eet d'un champ électrique avant d'être collectés aux extrémités de la chambre. La TPC permet de reconstruire les traces des parti-cules. La TPC est conçue pour déterminer l'impulsion des particules chargées entre 100 M eV /c (1 − 2% de résolution) jusqu'à 100 GeV/c (5% de résolution avec l'uti-lisation de l'ITS). Elle permet également une bonne identication des particules (e, π, K, p) et la détermination des vertex de désintégration.

La TPC est une cage cylindrique de 510 cm de long. Son rayon interne est 84 cm et son rayon externe est 246 cm (gure 3.3, droite). Elle couvre l'espace en pseudo-rapidité |η| < 0.9. Elle est remplie de 88 m3 d'un mélange de gaz (Ne/CO2). Une électrode centrale alimentée par une haute tension de 100 kV produit un champ électrique. Deux dégradeurs de potentiel axiaux permettent d'homogénéiser le champ électrique dans tout le volume de la TPC. La valeur du champ est homogène et vaut

∼ 400 V cm−1. Le temps de dérive est de l'ordre de 88 µs. Les extrémités de la TPC

sont fermées par des chambres proportionnelles multi-ls qui recueillent les électrons. Le TRD

Le TRD (Transition Radiation Detector) permet d'identier les électrons d'im-pulsion plus grande que 1 GeV/c où la capacité de rejection des pions par la TPC n'est pas susante. Comme c'est un trajectographe rapide, il sert également de dé-clencheur pour les électrons de grande impulsion transverse et pour les paires d'élec-trons. Par ailleurs, il aide à améliorer l'identication des hadrons et la mesure de leur impulsion.

Quand une particule relativiste passe d'un milieu à un autre n'ayant pas la même constante dielectrique, elle peut émettre un rayonnement dans le domaine des rayons X (∼ KeV ). Ce rayonnement dépend du γ = 1/^√1− β23 de la particule, ce qui

Figure 3.4  Gauche : coupe du TRD suivant le plan vertical contenant le faisceau. Droite : coupe du détecteur ALICE suivant le plan perpendiculaire au faisceau. Les emplacements de la TPC, du TRD et du TOF sont indiqués.

permet de l'identier. En particulier, pour les impulsions comprises entre 1 GeV/c et 100 GeV/c, seuls les électrons produisent des rayonnements de transition.

Le TRD est composé de 18 secteurs orientés le long du faisceau. Chaque secteur est composé de 5 sous-secteurs composés de 6 couches. Le TRD est donc composé de 18 × 6 × 5 = 540 modules (gure 3.4, gauche). Le TRD couvre une fenêtre en ac-ceptance de η < ∥0.9∥. Un module consiste en un radiateur de 4.8 cm d'épaisseur et en une chambre proportionnelle multi-ls avec des éléments de lecture cathodiques. L'émission des rayons X se fait quand la particule incidente passe du radiateur au gaz de la chambre proportionnelle multi-ls. La résolution du détecteur en rϕ est de l'ordre de 400 µm. La résolution en impulsion du TRD est d'environ 2.5%. Cette résolution peut être améliorée quand le TRD fonctionne avec les autres sous détec-teurs.

Le TOF

Le TOF (Time Of Flight) permet l'identication des particules dont l'impulsion est comprise entre 0.2 GeV/c et 2.5 GeV/c. Le TOF, l'ITS et la TPC permettent une identication des protons, des pions et des kaons.

Les hadrons peuvent être identiés en comparant leur temps de vol à leur impul-sion. Quand une trace est reconstruite dans l'ITS et la TPC, la trace est projetée dans le TOF et la correspondance avec une particule est recherchée. La longueur du trajet l dans le TOF est alors évaluée. Le temps de vol de la particule permet alors de calculer sa masse suivant l'équation m = P^√(t2/l2)− 1 (où P est l'impulsion de la particule).

Le détecteur est constitué de 18 secteurs (gure 3.4, droite) de 5 segments suivant l'axe du faisceau. Chaque segment est une MRPC (Multi gap Resistive Plate Cham-ber). La couverture en acceptance du TOF est η < ∥0.9∥ La résolution temporelle du TOF est de l'ordre de 40 ps.

Le HMPID

Figure 3.5  Gauche : vue schématique du HMPID sur l'armature d'ALICE. Droite : vue schématique du PHOS.

Le HMPID (High Momentum Particle Identication Detector) permet la mesure des hadrons identiés pour les impulsions supérieures à 1 GeV/c. Il permet égale-ment d'étendre la discrimination entre les pions et les kaons jusqu'à des impulsions de 3 GeV/c ainsi que la discrimination entre les kaons et les protons jusqu'à des impulsions de 5 GeV/c. On peut voir sur la gure 3.6 (droite) un résumé de la capa-cité d'ALICE à identier les particules. On note que l'ensemble des sous-détecteurs de la partie centrale permet d'identier les particules sur l'intervalle en impulsion transverse [0 − 100] GeV/c.

Le HMPID est l'un des détecteurs les plus éloignés du point d'interaction. Il est situé à une distance radiale de 5 m. Sa couverture azimutale (en pseudo-rapidité) est ∆ϕ = 57.61 (|η| < 0.6). Le HMPID est constitué de sept modules (gure 3.5, gauche) de 1.5 × 1.5 m2. Chaque module est un compteur RICH (Ring Imaging Cherenkov). Quand une particule traverse un milieu diélectrique (un radiateur) à une vitesse plus grande que celle de la lumière dans ce milieu, elle émet un cône de lumière Cherenkov. Le RICH permet de mesurer la lumière Cherenkov. La lumière Cherenkov est émise avec un angle θ tel que cosθ = 1/nβ (où β est la vitesse relative de la particule et n l'indice du milieu). La corrélation entre l'angle θ et l'impulsion de la particule permet d'identier les pions, les kaons et les protons.

Le PHOS

Le PHOS (PHOton Spectrometer) permet l'identication des photons et des mé-sons neutres dans une fenêtre en impulsion allant de quelques centaines de MeV/c à quelques dizaines de GeV/c. Il permet également de fournir un signal rapide de déclenchement.

Le PHOS est situé sous le TOF (gure 3.5, droite) à 460 cm du point d'interaction. Les cinq modules du PHOS permettent de couvrir la fenêtre en angle azimutal (en pseudo-rapidité) ∆ϕ = 100(η < 0.12). Chaque module du PHOS est composé d'un calorimètre électromagnétique (EMC). C'est un cristal plomb-tungstène de 22×22× 180 mm³. La lecture est eectuée par des photo-diodes avalanches.

Le EMCal

Figure 3.6  Gauche : vue schématique du EMCal. Droite : Identication des par-ticules avec ALICE. Les lignes solides (pointillées) représentent la capacité à l'iden-tication avec une coupure à 3σ (2σ).

Le EMCal est représenté sur la gure 3.6 (gauche). Il augmente la capacité d'ALICE pour la mesure des "jets". Il devrait rendre possible le déclenchement sur les "jets" de grande énergie, améliorer la résolution en énergie sur la mesure des "jets" et améliorer les capacités d'ALICE pour la mesure des photons et des électrons de grande impulsion transverse.

La couverture azimutale du EMCal est de ∆ϕ = 110. Elle est limitée par le PHOS et le HMPID. Sa couverture en pseudo-rapidité est −0.7 < η < 0.7. Le EMCal et le PHOS sont capables de mesurer les "jets" produits dos à dos. Le EMCal est composé d'une succession de couches de plomb (1.44 mm) et de couches de scintillateurs en polystyrène (1.76 mm).