08.12.2022

ALICE: Testbetrieb mit Blei-Ionen beginnt

Neue Spurendriftkammer soll die Temperatur des Quark-Gluon-Plasmas bestimmen.

Wenige Sekunden­bruchteile nach dem Urknall lag die gesamte Materie des Universums als Quark-Gluon-Plasma vor. Solch ein Quark-Gluon-Plasma lässt sich in Teilchen­beschleunigern für extrem kurze Zeit erzeugen, wenn man schwere Ionen kollidieren lässt. Daher sind die Kollisionen von Blei-Ionen von zentraler Bedeutung für das Alice-Experiment am Beschleunigerzentrum Cern, das die Eigenschaften von Materie, wie sie kurz nach dem Urknall vorgelegen hat, untersuchen möchte. Während einer vierjährigen Umbauphase von 2018 bis 2022 wurde der weltweit stärkste Teilchen­beschleuniger, der Large Hadron Collider am Cern, nochmals verbessert und kann jetzt deutlich mehr Bleiionen beschleunigen als zuvor. Auch der Alice-Detektor wurde in dieser Zeit ertüchtigt, um die höheren Kollisions­raten, die der LHC in Zukunft liefern wird, aufzeichnen zu können.

Abb.: Der ALICE-Detektor wird für das Upgrade geöffnet. (Bild: S. Scheid, U....
Abb.: Der ALICE-Detektor wird für das Upgrade geöffnet. (Bild: S. Scheid, U. Frankfurt)

Hierzu war es notwendig, die Auslese­detektoren des zentralen Detektors des Experiments, der Spurendrift­kammer TPC (Time Projection Chamber) komplett auszutauschen. Die Projektleitung dieses bislang zehnjährigen Unterfangens liegt bei Harald Appelshäuser vom Institut für Kernphysik der Goethe-Univer­sität Frankfurt. Die neue TPC soll es unter anderem ermöglichen, die Temperatur des Quark-Gluon-Plasmas zu bestimmen, das während der der Blei-Blei-Kollision entsteht. Mit den jetzt am Cern durchgeführten Tests mit Blei-Ionen können die Alice-Forschenden überprüfen, ob die Auslese und Signal­verarbeitung wie erwartet funktionieren.

Eine große Herausforderung sind dabei die enormen Datenmengen, die während der Messungen anfallen und allein für die TPC im Bereich von mehreren Terabyte pro Sekunde liegen. Dieser Datenstrom muss in Echtzeit mit effektiven Mustererkennungs­methoden prozessiert werden, um die gespeicherte Menge der Daten ausreichend reduzieren zu können. Eigens hierzu wurde das Rechencluster EPN (Event Processing Nodes) für das Experiment aufgebaut. Das EPN-Cluster basiert sowohl auf konven­tionellen Prozessoren als auch auf speziellen Grafik­prozessoren. Die Leitung dieses Projekts liegt bei Volker Lindenstruth vom Institut für Informatik der Goethe-Universität. Die ersten Messungen bei der neuen Energie sind ein großer Erfolg für das Schwerionen­programm am Cern. Harald Appels­häuser sagt: “Wir können es kaum erwarten, dass es nun wirklich losgeht mit den Messungen.”

U. Frankfurt / JOL

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