Forschungsgebiet der Arbeitsgruppe

© 2020 CERN

  Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Auswertung von Messungen des ALICE-Experiments, einem der vier großen Experimente am CERN-LHC.

Wesentliches Ziel des Experiments ist die präzise Charakterisierung des sogenannten Quark-Gluon-Plasmas, eines Zustands der Materie, bei dem der Einschluss der Partonen in Hadronen aufgehoben ist. Dazu werden Blei-Blei- (Pb-Pb) Kollisionen bei den bisher höchsten erreichbaren Kollisionsenergien untersucht. Im räumlichen Zentrum des Experiments kollidieren die Bleiionen mit einer Schwerpunktsenergie von 5,02 TeV pro Kernbestandteil.

© ALICE CERN
Bei einer Kollision entsteht in einem sehr kleinen Raumbereich ein Zustand sehr hoher Temperatur. Liegt diese Temperatur über einem kritischen Wert, so liegt den Theorien zur Beschreibung der starken Wechselwirkung zufolge Quarks und Gluonen nicht mehr im hadronischen Zustand (dem sog. Confinement) vor. Es bildet sich ein Quark-Gluon-Plasma. Man geht heute davon aus, dass sich das frühe Universum, kurz nach dem Urknall, in einem ähnlichen Zustand befunden haben muss. Die Materie in diesem Zustand expandiert und kühlt dabei ab. Wird eine kritische Temperatur unterschritten, kommt es zur sogenannten Hadronisierung, bei der eine Vielzahl von Mesonen und Baryonen entsteht, die beim Abkühlen des heißen Zustands voneinander entkoppeln. Zusätzlich werden in allen Phasen der Kollision Photonen ausgesandt. So entstehen eine große Zahl Photonen und tausende von Teilchenspuren pro ursprünglicher Kollision, die man im Experiment messen kann.
Aus der Vermessung und Auswertung der in der Kollision entstandenen Teilchen und ihrer Eigenschaften lassen sich Rückschlüsse auf die physikalischen Prozesse im Quark-Gluon-Plasma-Zustand der Materie gewinnen.

Forschungsschwerpunkte der Arbeitsgruppe

Photonen und neutrale Mesonen

Photonen tragen keine Farbladung und durchqueren damit das heiße dichte Medium unbeeinflusst. Sie können unter anderem von den elektromagnetischen Kalorimetern PHOS, EMCal und DCal des ALICE-Experiments gemessen werden. (Photo: © CERN)
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Geladene Teilchen, TPC, O2

Spurinformationen im zentralen Detektor des ALICE-Experiments, der Spurendriftkammer (TPC), zusammen mit den Inner-Tracking-Detektoren (ITS) erlauben die Untersuchung der Produktion geladener Teilchen in den Kollisionen. (Photo: © CERN)
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EPICAL-2/FoCal

Für das ALICE-Experiment wird ein neues Kalorimeter geplant: Das Forward Calorimeter (FoCal), ein Vertreter einer neuen, zukunftsweisenden Generation von Pixel-Tracking-Kalorimetern. Es soll ab 2027 funktionsfähig in das ALICE-Detektorsystem integriert sein. Der EPICAL-2-Detektor erlaubt grundsätzliche Studien dieser neue Technologie.
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Machine Learning

Im Rahmen des ALICE-Experiments werden immer häufiger auch Machine-Learning-Methoden eingesetzt. Diese ermöglichen neue mehrdimensionale Analysen, bei denen klassische Methoden an ihre Grenzen stoßen. In der Arbeitsgruppe werden in den Forschungschwerpunkten unterschiedliche Anwendungsfälle für Machine Learning Analysen untersucht und angewandt. (Photo: © CERN)
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