Uno dei due calorimetri per neutroni ZN (dimensioni : 7 x 7 x 100 cm3) in fase di assemblaggio con le fibre di quarzo infilate nelle 1936 scanalature. È visibile la segmentazione in quattro torri (2x2).

Rivelatore “Zero Degree Calorimeter” (ZDC) di ALICE

 
L’elemento attivo dei Calorimetri a Zero Gradi di ALICE è costituito da fibre ottiche di quarzo che trasmettono radiazione Cerenkov prodotta dalle particelle cariche generate dall’interazione di neutroni o protoni con il materiale assorbitore dei calorimetri costituito da materiale molto denso.

Le fibre di quarzo sono infilate in scanalature ricavate in lastre di lega di tungsteno e di ottone rispettivamente per ZN (in alto) e ZP (in basso).
Le fibre sono poste a zero gradi rispetto all’asse del collisionatore ed escono dalla faccia posteriore del calorimetro.

Gli ZDC di ALICE sono costituiti da due insiemi identici di calorimetri installati da entrambi le parti del punto di interazione (IP), a 112.5 m da esso. Ciascun insieme è costituito da un calorimetro per neutroni (ZN) e uno per protoni (ZP). Lo ZN è posto a zero gradi rispetto all'asse di LHC, tra i due tubi di fascio, mentre lo ZP è posto esternamente al tubo che contiene il fascio uscente. I protoni spettatori sono separati dal fascio di ioni per mezzo di un dipolo superconduttore. L'insieme è completato da due piccoli calorimetri elettromagnetici (ZEM), posti a 7.5 m dall'IP, che rivelano l'energia delle particelle (gamma e elettroni) prodotte nella collisione ed emesse a piccoli angoli.
Gli ZDC sono calorimetri a fibre di quarzo disposte fra lastre di materiale pesante in cui il segnale è prodotto per effetto Cerenkov dalle particelle cariche dello sciame che attraversano le fibre. Le fibre di quarzo sono infilate in scanalature ricavate in lastre di lega di tungsteno e di ottone rispettivamente per ZN e ZP. Nei calorimetri adronici le fibre sono poste a zero gradi rispetto all’asse del collisionatore ed escono dalla faccia posteriore, portando direttamente la luce ai fotomoltiplicatori. Una fibra su due è mandata a un fotomoltiplicatore, che quindi raccoglie metà della luce; le fibre rimanenti sono raccolte in quattro mazzetti e mandate a quattro diversi fotomoltiplicatori, formando quattro torri indipendenti. La segmentazione dei calorimetri adronici è 2x2 per ZN e 4x1 per ZP.
I principali vantaggi dei calorimetri a fibre di quarzo sono l'elevatissima resistenza alle radiazioni (alcuni Grad), un'elevata velocità di risposta (il segnale è contenuto in ~10ns) e la loro compattezza. Nelle collisioni Pb-Pb gli ZDC misurano l'energia portata dai nucleoni non interagenti, i cosidetti nucleoni spettatori, che è la quantità misurabile più direttamente legata alla centralità dell'interazione nucleo-nucleo. Tuttavia nei collisionatori la correlazione monotona tra parametro d'impatto e risposta ZDC è parzialmente distrutta. Infatti negli urti periferici molti nucleoni restano legati in frammenti nucleari pesanti, che, avendo la rigidità magnetica vicina a quella del fascio, continuano a viaggiare nel tubo di fascio e non vengono rivelati dagli ZDC. L'informazione fornita da altri rivelatori di ALICE, per esempio gli ZEM, è usata per rimuovere l'ambiguità tra collisioni centrali e periferiche. Gli ZDC forniscono non solo informazioni sul modulo del parametro d'impatto, ma anche sulla sua direzione. Infatti i calorimetri per neutroni, essendo sensibili alla posizione d'impatto delle particelle, sono usati nelle analisi di "flow" per stimare il piano di reazione degli urti Pb-P. Infine lo ZDC opera come luminometro dell'esperimento ALICE durante la presa dati Pb-Pb. In particolare il conteggio misurato dai calorimetri ZN è dominato dalle interazioni di dissociazione elettromagnetica con emissione di neutroni, la cui sezione d'urto è calcolata con buona accurattezza (~5%) nell'ambito del modello di Weizsaker-Williams.
Nelle collisioni p-p gli ZDC misurano l’energia dei barioni ad alta rapidità, informazione utile per la caratterizzazione di eventi diffrattivi e per la messa a punto di programmi Monte Carlo che descrivono la produzione barionica in avanti alle energie LHC.

Uno dei due calorimetri per protoni ZP (dimensioni : 22.8 x 12 x 150 cm3) in fase di assemblaggio con le fibre di quarzo infilate nelle 1680 scanalature. È visibile la segmentazione in quattro torri (4x1).
Le fibre di quarzo uscenti dalla faccia posteriore dei calorimetri adronici sono raccolte in cinque mazzetti: un mazzetto raccoglie metà delle fibre uniformemente distribuite nel calorimetro mentre gli altri quattro mazzetti raccolgono le fibre corrispondenti a quattro settori indipendenti in cui è diviso il calorimetro nel piano trasversale.
I calorimetri ZN e ZP sono posizionati nel tunnel del collisionatore LHC a circa 112.5 m dal punto di intersezione dei fasci. ZN è posizionato esattamente tra i due tubi in cui circolano i fasci, mentre ZP è posizionato esternamente al tubo che contiene il fascio uscente.
Vista globale della piattaforma con coppia di calorimetri posizionati su di essa all’interno del tunnel LHC.