Characterisation of the first wafer-scale prototype for the ALICE ITS3 upgrade: the monolithic stitched sensor (MOSS)
European Organisation for Nuclear Research (CERN)（欧洲核子研究组织（CERN））；STFC Daresbury Laboratory（STFC达尔斯伯里实验室）；University of Oxford（牛津大学）；Sejong University（世宗大学）；University of Liverpool（利物浦大学）；Central China Normal University (CCNU)（华中师范大学）；Centre National de la Recherche Scientifique（法国国家科学研究中心）；Norwegian University of Science and Technology (NTNU)（挪威科技大学）；Nikhef National institute for subatomic physics（荷兰亚原子物理国家研究所）；Yonsei University（延世大学）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；University of California（加州大学）；Nuclear Physics Institute of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院核物理研究所）；Suranaree University of Technology（素攀武里理工大学）；Lund University（隆德大学）；Inha University（仁荷大学）；Synchrotron Light Research Institute（同步辐射光研究所）；Aarhus University（奥胡斯大学）；University of Birmingham（伯明翰大学）；Pusan National University（釜山国立大学）；University of Tokyo（东京大学）；University of Kansas（堪萨斯大学）；EPFL（洛桑联邦理工学院）；University of Illinois Chicago（伊利诺伊大学芝加哥分校）；Czech Technical University（捷克理工大学）；University of Oslo（奥斯陆大学）；Fudan University（复旦大学）
ALICE ITS3升级项目中，首个晶圆级单片拼接传感器MOSS原型通过表征和测试验证了其设计可行性及性能，为后续优化提供了依据。
2025-12-19 physics.ins-det
BabyMOSS stitched sensors: results of characterisation tests for ALICE ITS3 upgrade
University of Messina（墨西拿大学）
本文报道了用于 ALICE ITS3 升级的 babyMOSS 拼接 CMOS 传感器芯片的表征测试，重点展示测试束结果，证实其探测效率、假命中率和空间分辨率均满足 ITS3 要求。
2025-11-06 physics.ins-det
The ALICE Inner Tracking System Upgrade
ALICE升级的核心组成部分将是一个全新的内部跟踪系统（ITS）。新的ITS的性能将比现有的ITS有显著的改进，特别是在材料预算、粒度、从第一层到波束的减小的径向距离和速率能力方面。这将使夸克-胶子等离子体的许多关键性质的测量得以进行，特别是用罕见的探针，如低动量的魅力和美容介子和重子。
2012-11-19 physics.ins-det
The ALICE Experiment Upgrades
ALICE实验在2019年至2021年期间受益于长周期，以扩大其物理能力，并充分受益于运行3中LHC亮度的增加。内部跟踪系统已被一个基于MAPS技术的新硅跟踪器所取代，在μ子谱仪前面增加了一个新的跟踪装置，以提高其顶点能力。用于TPC读出的线室已被新的GEM探测器取代，这将最大限度地减少离子回流，并允许连续数据采集：此外，还安装了一个专门用于快速触发的新探测器阵列。在软件方面，增加了新的第一遍重建，以处理和减少数据流和存储。这些升级将与未来ALICE升级的展望一起提出，鉴于LHC运行4，其中将包括用升级的硅器件和高粒度电磁和强子量能器（FOCAL）替换ITS内部跟踪层。
2022-01-21 physics.ins-det
Discharge probability studies with multi-GEM detectors for the ALICE TPC Upgrade
大型时间投影室（TPC）是欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机（LHC）ALICE实验中跟踪和识别带电粒子的主要装置。在2019-2020年的第二次长时间关闭之后，LHC将以高达50 kHz的相互作用速率提供Pb束碰撞，这大约是TPC目前读出速率的50倍。为了充分利用LHC的潜力，TPC读出室将升级为气体电子倍增器（GEM）技术。为了确保升级后的腔室在恶劣的LHC环境中的稳定行为，启动了一项专门的研发计划，以优化GEM堆的几何形状及其在放电方面的高压配置。我们总结了用高度电离α粒子照射的3-和4-GEM原型进行的放电概率测量。
2018-07-09 physics.ins-det
From gated to continuous readout - the GEM upgrade of the ALICE TPC
ALICE合作计划对其中心桶探测器进行重大升级，以便能够应对2020年以后LHC亮度的增加。为了在Pb $-$ Pb碰撞中以高达50 $\,$ kHz的增加的相互作用速率进行记录，TPC将以连续读出的非门控模式运行。这就需要用基于GEM（气体电子倍增器）的读出室来替换当前采用的门控多线比例室，同时通过测量比能量损失来保持特别是在粒子识别能力方面的性能。在开始大规模生产升级的读出室之前，启动了所谓的预生产，以表征和验证最终设计的第一个完全组装的读出室的性能。该阶段于2017年3月结束，正式接受生产准备就绪，因此开始批量生产。
2018-03-12 physics.ins-det
Upgrade and commissioning of the ALICE muon spectrometer
欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）的大型离子对撞机实验（ALICE）旨在研究超相对论能量下的质子-质子和重离子碰撞。该实验的主要目标是评估夸克-胶子等离子体的性质，这是一种夸克和胶子在极端温度和能量密度条件下被释放的物质状态。在LHC的长期关闭期间，ALICE正在对其设备进行重大升级，考虑到LHC运行3，计划于2022年开始。这次升级将使一个新的雄心勃勃的高精度测量方案得以部署。此外，探测器将不得不应对增加的碰撞率，在Pb-Pb碰撞中，碰撞率将高达50 kHz。对于μ子谱仪（MS），ALICE正在实施新的硬件和软件解决方案。安装一个新的顶点跟踪器，μ子前向跟踪器（MFT），在接受MS将改善目前的测量，并使新的。它将允许人们在ALICE中第一次在前向快度区域中分离出对charmonia横截面的瞬发和非瞬发贡献。在MFT中重建的μ子轨道与MS中的μ子轨道的匹配将增加覆盖宽范围的横向动量到pT = 0的顶点能力，并将显着提高不变质量分辨率，从而更好地分离J/psi和psi（2S）状态。此外，将升级μ介子跟踪系统（阴极垫室）和μ介子识别系统（电阻板室）的前端和读出电子设备，以优化探测器在新运行条件下的性能。MS升级的详细描述，以及与宇宙射线和第一个LHC光束的调试结果，将在这次演讲中介绍。
2022-10-22 physics.ins-det
Upgrade of the Inner Tracking System of ALICE
ALICE内部跟踪系统（ITS）的升级计划在2019-2020年LHC第二次长时间关闭时进行。关闭后的ALICE物理计划要求ITS在非常低的横向动量下具有改进的跟踪能力和改进的碰撞参量分辨率，以及读出速率的大幅增加。为了满足这些要求，目前的ITS将被七层单片有源像素传感器取代。新的探测器将被移动到距离相互作用点23毫米的地方，并将大大减少材料预算。已经开发了几个传感器原型，以测试传感器设计的不同方面，包括模拟和数字读出的原型，以及小型和最终尺寸的传感器。这些原型已经在实验室测试和测试束设施，包括对传感器的辐射硬度的研究进行了彻底的表征。本文概述了目前的研究和开发现状，重点是像素传感器和最新原型的表征。
2015-11-26 physics.ins-det
ALICE upgrades for Run 4 and Run 5
考虑到LHC的运行4，目前计划从2029年开始，ALICE正在进行几次升级，以进一步扩展其物理范围。为了改善重味强子和双电子的测量依赖于二次顶点，减少内部跟踪系统的最内层的材料预算是必要的。这可以通过弯曲的像素传感器来实现，该像素传感器以半圆柱形状布置，具有集成的电源线和数据总线，从而可以摆脱大部分支撑结构和水冷却。此外，我们还提出了一种新的前向量热计（FoCal），它涵盖了$3.2<η<5.8$的赝半径，可以通过瞬发光子产生来测量小x（低至$10^{-6}$）胶子分布。FoCal将由一个高度颗粒化的Si+W电磁量能器与一个传统的采样强子量能器相结合组成，并将显著增强ALICE的范围，用于介子、光子和喷流的包容性和相关性测量。对于运行5及以后，已经提出了ALICE 3项目。它由一种基于单片硅传感器的新型紧凑型检测器组成，在顶点附近具有超薄层、高读出速率能力、出色的指向分辨率、出色的跟踪和大接受范围内的颗粒识别。这样的探测器可以实现丰富的物理程序，从超低横动量的电磁探针到魅力和美容领域的精密物理。对于粒子识别，可以预见一系列探测器系统：飞行时间系统，环形成像切伦科夫探测器，电磁量热计，μ子识别器和专用的超软光子前向探测器的组合。在这些会议记录中，升级计划将与ITS3和FoCal的研发状况以及ALICE 3的概念和要求一起展示。
2022-10-28 physics.ins-det
MOSAIX Qualification System for ALICE ITS3
European Organization for Nuclear Research (CERN)（欧洲核子研究组织（CERN））
ALICE ITS3 首次使用 MOSAIX 验证系统，通过 FPGA 控制和模拟验证测试基础设施，确保芯片可用前的测试可靠性。
2025-11-01 physics.ins-det
ALICE detector upgrades
LHC以其前所未有的能量为p+p，p+A和A+A碰撞的突破性测量提供了独特的机会，甚至超出了基线实验设计。ALICE正在制定一项探测器升级计划，该计划在很大程度上可以安装在计划于2017/18年关闭的LHC中，以应对新的科学挑战。我们将讨论科学前沿的例子，并将提出相应的升级项目正在研究的ALICE实验。
2011-07-20 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Study of the d$E$/d$x$ resolution of a GEM Readout Chamber prototype for the upgrade of the ALICE TPC
ALICE合作计划对其中心桶探测器进行重大升级，以便能够应对2020年以后LHC亮度的增加。对于TPC，这意味着用基于GEM（气体电子倍增器）的读出室替代当前使用的门控MWPC（多线比例室）。为了证明，目前的粒子识别能力，通过测量比能量损失的升级后保留，ALICE IROC（内读出室）的原型已在欧洲核子研究中心PS的测试束活动进行了评估。原型的d $E$ /d $x$分辨率已被证明与当前MWPC完全兼容。
2017-07-18 nucl-ex physics.ins-det
Overview of the ALICE ITS3 Upgrade
Department of Physics and Astronomy, Sejong University（世宗大学物理与天文学系）
ALICE将在LHC第三次停机期间用ITS3替换最内三层跟踪探测器，采用65nm CMOS工艺的弯曲单片有源像素传感器，实现无支撑结构、空气冷却，材料预算低于0.09%X$_0$每层。
2026-06-06 physics.ins-det
Prospects for heavy flavour measurements with the ALICE inner tracker upgrade
ALICE是CERN LHC的通用重离子探测器。它的目标是研究强相互作用物质在Pb{Pb碰撞中达到的极端密度和温度条件下的性质，目的是表征夸克-胶子等离子体（QGP）。在这种情况下，升级的ALICE内部跟踪目标的物理主题，ALICE可以带来独特的贡献，通过重型avour探针的QGP表征。我们提出了一个概述的内部跟踪器升级和预期的物理性能，重型avour测量。
2014-03-31 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Status of the R&D activities for the upgrade of the ALICE TPC
在长周期2之后，LHC将提供高达50 kz的相互作用速率的铅-铅碰撞。为了应对这种情况，需要对ALICE时间投影室（TPC）进行升级。升级后，TPC将以连续模式运行，与当前TPC的性能相比，动量和dE/dx分辨率没有任何下降。由于通过多丝正比室的读出在这些要求下不再可行，因此必须采用新技术。在新的读出室中，电子放大由四个气体电子倍增器（GEM）箔的堆叠提供。它们的高电压设置和取向已经过优化，在55 Fe的峰值处提供优于12%的能量分辨率。在相同的设置下，进入漂移体积的离子回流小于气体放大和初级电离过程中产生的有效离子数的1%。这对于防止空间电荷的积累是必要的，空间电荷的积累最终将使漂移体积中的场失真。为了确保LHC运行3期间在高负载下的稳定运行，腔室也必须对放电具有鲁棒性。与选定的配置在一个四GEM堆栈的放电概率保持在$10^{-12}$放电每传入强子的水平。ALICE TPC升级活动的概述将在这些程序中给出，并介绍了未来读出室GEM堆栈的优化设置。此外，还显示了2014年底在SPS和PS（在CERN）进行的两次射束时间活动的结果。在该活动中，对全尺寸读出室原型的放电稳定性和dE/dx性能进行了测试。此外，它是报告的充电研究的4GEM堆栈和测试的电磁下垂的大型GEM箔。
2016-02-09 physics.ins-det
ALICE Inner Tracking System Upgrade: construction and commissioning
ALICE（A Large Ion Collider Experiment）是欧洲核子研究中心的大型强子对撞机实验，主要用于研究重离子碰撞中产生的强相互作用物质，并致力于表征夸克-胶子等离子体。为了实现LHC运行3和4的物理计划，ALICE正在进行第二次长时间LHC关闭期间对实验设备进行重大升级。ALICE升级的一个关键要素是用一个全新的硅基探测器取代内部跟踪系统（ITS），其功能将允许重建罕见的物理通道，这些通道在LHC运行1和2期间使用的ITS布局之前无法访问。实现这种性能提升的技术是采用定制设计的MAPS（单片有源像素传感器）作为检测元件。在本程序中，将详细介绍ITS升级的建设和调试状况。模块的建设将很快完成，与此同时，实验室的调试正在使用已经集成在探测器中的组件进行。
2019-12-27 hep-ex physics.ins-det
Characterization Of MOSS For The ALICE ITS3 For The LHC Run 4
本文对ALICE ITS3升级中用于LHC Run 4的65纳米CMOS拼接晶圆级单片有源像素传感器MOSS进行特性研究，验证了其拼接可行性，并通过束流和实验室测试证明效率超过99%、假命中率低于0.1像素⁻¹秒⁻¹，满足ITS3要求。
2025-05-06 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
ALICE Fast Interaction Trigger Upgrade
本文概述了 ALICE 快速相互作用触发（FIT）系统的升级，重点是将 ALFRED 集成至 DCS 并升级 FEE 以提升动态范围与可靠性，同时展示了其在碰撞时间测量、中心度确定及触发性能等方面的最新结果。
2025-03-07 hep-ex physics.ins-det
Upgrade of the ALICE Inner Tracking System
建立了大型离子对撞机实验（ALICE），用于研究LHC中重离子碰撞产生的强相互作用物质的性质。随着其内部跟踪系统（ITS）的升级，ALICE实验将把数据采集率提高近两个数量级。与此同时，次级顶点重建的精度将比目前至少提高3倍。在这次演讲中，我们简要地展示了一些选定的物理结果，激励ITS的升级，描述了新探测器的设计目标和布局，并强调了一些重要的测量，将实现升级完成后。
2016-07-05 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
ALICE ITS upgrade for LHC Run 3: commissioning in the laboratory
ALICE是欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）实验，它是为研究重离子碰撞中产生的强相互作用物质而优化的，并致力于表征夸克-胶子等离子体。为了实现LHC Run 3的物理计划，正在对实验装置进行重大升级。升级的一个关键要素是用全新的硅基探测器取代内部跟踪系统（ITS），其功能将允许重建以前布局无法访问的稀有物理通道。实现这种性能提升的技术是采用定制设计的CMOS MAPS作为检测元件。探测器在ALICE洞穴中的安装已经完成，几个月的调试将允许最终集成到中央系统中。在这次演讲中，将概述所采用的技术以及探测器调试的状态。
2021-06-30 hep-ex physics.ins-det
ALICE ITS Upgrade for LHC Run 3: Commissioning in the Laboratory
ALICE是欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）实验，它是为研究重离子碰撞中产生的强相互作用物质而优化的，并致力于表征夸克-胶子等离子体。为了实现LHC Run 3的物理计划，正在对实验装置进行重大升级。升级的一个关键要素是用全新的硅基探测器（ITS 2）取代内部跟踪系统（ITS），其功能将允许重建以前布局无法访问的稀有物理通道。实现这种性能提升的技术是采用定制设计的CMOS单片有源像素传感器作为检测元件。在本会议记录中，将概述所采用的技术以及探测器调试的状态。
2020-11-30 hep-ex physics.ins-det
The Fast Interaction Trigger detector for the upgrade of the ALICE experiment at CERN: design and performance
欧洲核子研究中心（CERN）的大型离子对撞机实验（ALICE）旨在研究重离子碰撞中夸克-胶子等离子体（QGP）的性质。2019-2020年，欧洲核子研究中心大型强子对撞机的升级将使亮度和碰撞率提高到超出当前ALICE装置的设计参数。为了能够从LHC的改进性能中受益，ALICE将升级其几个关键探测器系统，包括快速相互作用触发器（FIT）[2]。FIT旨在提供旧的前向检测器的功能，同时保留甚至提高其性能。它将为pp碰撞提供效率高于90%的最小偏置触发，测量pp和Pb-Pb的光度，维持相互作用速率分别高达1 MHz和50 kHz。FIT将以优于50 ps的分辨率确定碰撞时间，并将用于测量事件多重性，中心性和反应平面。该探测器由2个Cherenkov辐射器阵列和MCP-PMT传感器组成，放置在相互作用点和单个大直径闪烁体环的两侧。本报告将讨论主要的设计概念，探测器的建设，光束测试结果，MC模拟，和探测器性能研究的结果。
2018-12-03 hep-ex physics.ins-det
Design and Implementation of Detector Control System for Muon Forward Tracker at ALICE
ALICE是欧洲核子研究中心大型强子对撞机的实验，致力于研究重离子碰撞。ALICE探测器的升级计划正在进行中，将于2022年开始进行LHC运行3，同时升级数据采集系统和探测器控制系统（DCS）。目前ALICE升级计划的主要项目之一是增加μ子前向跟踪器（MFT），这是一种位于前向快度的新硅像素探测器。在本文中，我们描述了分布式控制系统的MFT检测器是完全通过一个有限的状态机在一个分层系统控制。
2020-08-04 nucl-ex physics.ins-det
GEM Foil Quality Assurance For The ALICE TPC Upgrade
欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）的ALICE（大型离子对撞机实验）实验致力于重离子物理学，以探索强相互作用物质的结构。ALICE的时间投影室（TPC）是位于实验中心区域的跟踪探测器。它提供了出色的跟踪能力以及粒子识别。在第二次长时间关闭（LS2）之后，LHC将以更高的亮度运行。为了能够将数据采集速率提高100倍，ALICE TPC实验必须替换基于多丝比例室（MWPC）的读出室。MWPC与将速率限制为O（kHz）的门控网格一起操作。新的读出室（ROC）设计基于气体电子倍增器（GEM）技术，以连续模式运行。目前的GEM生产计划预计将生产800多种不同类型的GEM箔。为了满足GEM TPC读出器的性能要求，需要采取全面的质量保证（QA）措施。QA计划，由ALICE合作开发，将详细介绍。
2017-04-20 hep-ex physics.ins-det
Building a large-area GEM-based readout chamber for the upgrade of the ALICE TPC
大型时间投影室（TPC）是欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机（LHC）ALICE实验中跟踪和识别带电粒子的主要装置。在2019-2020年的第二次长时间关闭之后，LHC将以高达50 kHz的相互作用速率提供Pb束碰撞，这大约是TPC目前读出速率的100倍。为了充分利用LHC的潜力，TPC将根据气体电子倍增器（GEM）技术进行升级。ALICE TPC外读出室（OROC）的原型配备了12个大尺寸GEM箔作为放大级，以证明用新技术取代当前多丝比例室的可行性。总面积为$\sim$ 0.76 m $^2$，是迄今为止建造的最大的基于GEM的探测器。GEM OROC安装在试验场笼内，并使用放射源进行调试。
2016-06-13 hep-ex physics.ins-det
The upgrade of the ALICE Inner Tracking System
在$\mathrm{2019}-\mathrm{2020}$第二次长时间关闭LHC期间，ALICE实验的内部跟踪系统（ITS）将进行升级。ALICE ITS升级的主要目标是通过获取大量事件样本来实现对低动量粒子（< 1 GeV/c）的高精度测量，这得益于在运行3期间将$\mathrm{Pb}-\mathrm{Pb}$碰撞的LHC瞬时光度增加到$\mathcal{L} = 6 \cdot 10^{27} cm^{-2} s^{-1} $。ITS的升级项目正朝着这一方向努力，其重点是提高读出率、提高碰撞参量分辨率、提高跟踪效率和位置分辨率。主要的设置修改是用七层硅像素探测器代替当前的ITS。ALPIDE芯片是一种CMOS单片有源像素传感器（MAPS），它是为此目的而开发的，并提供5 $μ$ m的空间分辨率。MAPS与严格的机械设计一起使用，使得材料预算减少到最内层的0.35% $X_0$和外层的1% $X_0$。探测器设计在研发期间通过各种测试进行了验证，确保在ALICE内部的整个寿命内正常运行。生产阶段已接近完成，所有新组装的组件都将接受不同的测试，旨在表征模块和板条并确定其合格水平。本文介绍了探测器的设计，在研究和开发阶段进行的测量，以及生产状态。
2019-04-28 hep-ex physics.ins-det
The upgrade of the ALICE Inner Tracking System
ALICE是一个通用实验，致力于研究LHC的核-核碰撞。经过3年多的成功运行，LHC（LS 2）在2017/18年第二次长时间关闭期间的设备升级正在准备中。拟议升级的主要目标之一是扩大低横向动量稀有探测器的物理范围。罕见探针的重建需要精确确定ALICE中由内部跟踪系统（ITS）执行的主要和次要顶点。目前的ITS由6层三种技术的硅器件制成，例如，可以重建横向动量低至~2 GeV/c的D介子。要进一步将该范围向更低的pT扩展，需要安装由7层硅探测器组成的新ITS，该探测器具有显著更好的单点分辨率和更低的材料预算。预计新系统将允许将碰撞参量分辨率提高约3倍。此外，升级后的ITS的数据速率能力应显着提高，以充分利用预期的LHC铅-铅相互作用率为50 kHz，几乎两个数量级以上，目前的读出率。本文件首先介绍了ITS升级的要求，其次是新系统的概念设计及其预期性能。其次，概述了从概念到最终探测器的不同研发活动。
2013-07-23 hep-ex physics.ins-det
A Time Projection Chamber for High-Rate Experiments: Towards an Upgrade of the ALICE TPC
时间投影室（TPC）是一种用于超高多重性事件的三维跟踪和粒子识别的强大探测器。它是许多实验的中央跟踪装置，例如欧洲核子研究中心的ALICE实验。然而，开关静电门的必要性，这防止了在放大区域中产生的离子进入漂移体积的MWPC，限制了其应用的触发速率的顺序为1 kHz。通过气体电子倍增器（GEM）箔而不是比例线的电荷放大提供了对离子回流的内在抑制，尽管没有达到与选通栅极相同的水平。详细的蒙特卡罗模拟已经表明，由于来自后向漂移离子的残余空间电荷引起的失真可以被限制到几cm，并且因此可以使用标准校准技术来校正。一个原型GEM-TPC已建成的最大的有效体积迄今为止，这种类型的探测器。它已被委托与宇宙学和粒子束在FOPI实验在GSI，并用于物理测量与π介子束。对于ALICE TPC在CERN LHC的未来操作，预计2019年以后的Pb-Pb碰撞率将达到50 kHz，计划用GEM探测器取代现有的MWPC，以连续的无闪烁读出模式操作，从而使事件率增加100倍。作为研发计划的第一步，内部读出室的原型配备了大尺寸的GEM箔，并暴露于来自CERN PS的质子、π介子和电子束。在本文中，新的结果显示关于离子回流，空间和动量分辨率的FOPI GEM-TPC，探测器校准，和dE/dx分辨率与两个探测器原型。将讨论用于ALICE的具有连续读出的GEM-TPC的前景。
2013-03-26 physics.ins-det
Exploring unique design features of the Monolithic Stitched Sensor with Timing (MOST): yield, powering, timing, and sensor reverse bias
Nikhef（荷兰国家核与亚原子物理研究所）；CERN（欧洲核子研究组织）；Utrecht University（乌得勒支大学）；University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学）
本文介绍了具有定时功能的单片缝合传感器（MOST）的设计特点，包括其独特的电源管理、定时信息保留及反向偏置方法，旨在提升传感器性能。
2025-04-18 hep-ex physics.ins-det
Upgrading the Inner Tracking System and the Time Projection Chamber of ALICE
欧洲核子研究中心的ALICE实验正在2019-2020年LHC的长周期2（LS 2）期间进行重大升级。关于中央枪管的关键要素是安装新的内部跟踪系统（ITS）和升级大型时间投影室（TPC）。TPC目前正在升级一个新的读出系统，包括新的基于GEM的读出室和新的前端电子设备，使我们能够在连续模式下操作它。基于CMOS单片有源像素传感器的新型ITS将显著提高碰撞参量分辨率和跟踪效率，特别是对于低横向动量的颗粒，以及读出速率能力。在下文中，将概述升级及其组装和调试状态。此外，还将对预计在2025-2026年LHC第三次长时间关闭的ITS升级计划进行展望。对于这次升级，最里面的三层可以用圆柱形探测器层代替，由弯曲的晶圆级CMOS传感器制成，以进一步降低材料预算并提高指向分辨率。
2020-02-02 hep-ex physics.ins-det
The MAPS-based ITS Upgrade for ALICE
LHC ALICE实验的内跟踪系统（ITS）升级是第一个基于CMOS单片有源像素传感器（MAPS）技术的大面积（$\sim$ 10 μ m $^2$）硅顶点探测器，它将灵敏体积和前端读出逻辑结合在同一块硅上。由于传感器薄（50-100~ $μ$ m）且冷却需求有限，结合轻质材料互连电路和支撑结构，该技术允许减少材料预算（最内层的目标值为0.3\%）。小的像素间距（$\sim$ 30~ $μ$ m）、层的位置（7个圆柱形层，半径从2.3~ 39.3 cm到束相互作用线）以及有限的材料预算将为ALICE实验提供极其精确的跟踪分辨率。高速率读出能力也将使ALICE能够在LHC Run~3中预期的50 kHz Pb-Pb碰撞速率下收集大量数据样本。新的ITS现在在地面组装，目前正在进行详尽的预调试阶段，包括独立校准和宇宙射线数据采集，这将在2020年4月安装在ALICE探测器之前完成。本文将介绍从建造和预调试阶段获得的经验，以及ALICE数据采集的安装和准备计划。还将简要讨论新ITS在MAPS技术未来应用的发展道路中所发挥的作用。
2020-01-09 hep-ex physics.ins-det
Upgrade of the ALICE Inner Tracking System
内跟踪系统（ITS）是研究LHC重味产生的关键ALICE探测器。重味可以通过识别含有重夸克的短寿命强子来研究，这些重夸克的平均固有衰变长度在100-300 $μ$ m的数量级。为了完成这一任务，ITS由六个圆柱形硅探测器层（两个像素，两个漂移和两个条带）组成，径向覆盖范围为3.9至43厘米，每层材料预算为1.1%X0。特别是，两个最内层的属性定义了ITS在测量这种短命粒子的位移顶点时的性能。为了提高ALICE的物理能力，特别是重口味检测的跟踪性能，ITS升级的可能性进行了非常详细的研究。它将利用过去十年来在成像传感器领域取得的惊人进展，以及安装更小半径光束管的可能性。升级后的探测器将在以下方面有很大改进：碰撞参量分辨率、低$p_{t}$时的独立跟踪效率、动量分辨率和读出能力。概念设计报告于2012年9月公布，其中涵盖了设计和性能要求、升级选项以及必要的研发工作。一项密集的研发计划已经启动，以审查正在考虑的不同技术选择。新的探测器应该准备好在2017-2018年LHC长期关闭期间安装。
2012-11-22 hep-ex physics.ins-det
The GEM QA Protocol of the ALICE TPC Upgrade Project
欧洲核子研究中心大型强子对撞机的ALICE实验正在升级其中央跟踪探测器--时间投影室（TPC）。该装置预计将在大型强子对撞机第二次长时间关闭期间安装。升级包括将现有的MWPC读出室（ROC）与基于气体电子倍增器探测器的新读出室进行完全交换。这是必要的，因为LHC的光度更高，因此相互作用速率更高。与500 Hz的门控MWPC读出相比，新的ROC允许在50 kHz下连续读出，同时保持本系统的颗粒识别能力。制定了全面的质量保证计划，以建立严格的QA协议。QA包括两个阶段。第一阶段是在CERN的GEM生产车间附近进行基本的QA，之后在框架和组装中心进行。第二阶段，高级QA在专门的QA中心完成。在整个过程中将保持探测器组件的完全可追溯性。将给出协议的详细描述，重点是高清晰度的光学扫描和增益测量的个别GEM箔。新ALICE TPC ROC的生产终于开始了。首先将介绍在生产条件和工作量下的QA经验。
2018-11-16 hep-ex physics.ins-det
Upgrade of the ALICE central barrel tracking detectors: ITS and TPC
ALICE合作将在第二次LHC长周期LS 2（2019-2020）期间对探测器设备进行重大升级，以应对2013年和2014年（2021-2029）。升级的目标有两个方面：i）提高跟踪精度和效率，特别是在低动量范围内; ii）提高实验的读出能力，以便充分利用LS 2之后设想的重离子的亮度。第一个目标将通过用一个新的跟踪器取代内部跟踪系统来实现，该跟踪器由七层硅像素探测器组成。新的跟踪器将由大约25000个单片有源像素传感器组成，具有快速读出功能，从而使材料厚度减少到辐射长度的0.3%（内层）- 1%（外层），粒度为$28\times28$ $μ$ m $^2$。除其他措施外，将通过用微图案气体探测器取代90 m $^3$时间投影室的读出室来实现第二个目标。特别是，新的读出室将由4个气体电子倍增器箔堆叠而成，并结合不同的孔间距。升级后的探测器将在不使用触发门控栅极的情况下连续运行。因此，它将能够以50 kHz的LHC相互作用速率记录所有Pb-Pb碰撞。
2018-07-20 nucl-ex physics.ins-det
Characterization, Simulation and Test Beam Data Analysis of Stitched Passive CMOS Strip Sensors
本研究通过拼接工艺制造大面积无源CMOS条带传感器，结合模拟与实验室及束流测试，验证了其辐射硬度，为LHC升级提供可行方案。
2023-11-15 physics.ins-det
Upgrade of the ALICE Inner Tracking System
在2018/2019年LHC的长周期2期间，ALICE实验计划安装一个新的内部跟踪系统。它将取代目前的六层探测器系统与七层探测器使用单片有源像素传感器。升级后的内部跟踪系统将有显着改善的跟踪和顶点的能力，以及读出率，以应付预期增加的铅铅亮度的大型强子对撞机。单片有源像素传感器的选择是由ALICE的特定要求驱动的，ALICE是一种在低横向动量下处理稀有过程的重离子实验。这导致对于三个最内层，每层0.3 $% X/X_{0}$的材料预算的严格要求。此外，对于最内层中的最小偏置事件，探测器将看到平均$\sim 19 \mathrm{cm}^{-2}/\mathrm{event}$的大命中密度，并且必须承受最大700 kRad TID和$1\times 10^{13}$ 1 MeV n $_\mathrm{eq}/\mathrm{cm}^{2}$ NIEL的中等辐射负载。单片有源像素传感器探测器采用TowerJazz 0.18 $μ$ m CMOS成像传感器工艺在具有高电阻率外延层的晶圆上制造。这篇文章总结了最近的研发活动，并侧重于大规模像素传感器原型的结果。
2015-01-28 hep-ex physics.ins-det
The upgrade of the RPC-based ALICE Muon Trigger
ALICE μ子触发器目前由一个探测器产生，该探测器目前由72个以最大雪崩模式运行的胶木单间隙电阻板室组成，排列在四个5.5x6.5平方米的探测平面上。为了满足即将从2021年开始的LHC高亮度运行的要求，其中ALICE将以连续模式读出，μ子触发器将成为μ子标识符，并将进行重大升级。在当前设置中，来自约21k条的信号由2400个非放大前端（FEE）卡区分，其阈值由外部模拟电压提供（每个腔室侧一个）。所有这些卡将被配备有前置放大级的鉴别器所取代，这将允许降低探测器的操作高压，从而延长其寿命。此外，它们的参考阈值将通过无线（和每个腔室侧链接的I2C）传递，允许在单个卡级别调整值。此外，24个暴露最多的室将被更换为新的，配备高质量（即更光滑的表面）电木层压板。报告了在测试台和探测器上使用的新FEE卡以及在新RPC室（带有宇宙射线）上进行的测试。
2018-06-15 hep-ex physics.ins-det
Design and development of the ALICE common readout unit user logic firmware for the Muon Identifier readout chain
欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）的大型离子对撞机实验（ALICE）经历了一次重大升级，其中一些子探测器被更换为新的，而其他子探测器则配备了新的电子设备。升级的目的是在2022年开始的第三个运行期（运行3）期间承受更高的碰撞率。作为升级的一部分，某些子探测器，如Muon Trigger，重命名为Muon Identifier，现在除了以前的触发读出模式外，还以连续的无闪烁读出模式运行。由于数据量的增加，典型的方法是不可能采用没有大规模的努力，以扩大处理能力。由于新的ALICE计算系统无法跟上μ子标识符增加的数据流，因此建立了新的处理算法。这些程序提供了一个洞察的新方法处理μ子标识符读出数据的基础上定制的用户逻辑FPGA固件。
2022-10-27 hep-ex physics.ins-det
ALICE upgrades during the LHC Long Shutdown 2
本文介绍 ALICE 在 LHC 长停机 2 期间为适应升级后 LHC 和新探测器技术而进行的重大升级，包括连续读出、核心探测器改造及新在线处理框架，使 Pb-Pb 碰撞记录速率可达 50 kHz。
2024-06-07 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Future Upgrade and Physics Perspectives of the ALICE TPC
大型强子对撞机（LHC）的ALICE实验提出了主要的探测器升级，以充分利用RUN~3中LHC亮度的增加，并扩展低横动量稀有探测器的物理范围。时间投影室（TPC）是ALICE中心筒的主要跟踪和PID装置之一。TPC的最大触发速率目前被选通栅极系统的操作限制在约3.5kHz。为了充分利用运行3中的亮度，TPC预计将以连续读出的非门控模式操作。现有的MWPC读数将被基于微模式气体检测器（MPGD）的读数所取代，该读数提供了内在的离子捕获能力，而无需门控。自2012年以来，已经进行了采用气体电子倍增器（GEM）和微网气体探测器（Micromegas）技术的广泛探测器研发，以及推进空间电荷畸变校正技术的模拟研究。在本文中，预期的探测器性能和状态的R\&D计划，以实现这一雄心勃勃的目标。
2014-08-15 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Upgrade of the ALICE experiment beyond LHC Run 3
ALICE合作完成了探测器的升级，现在正在调试LHC运行3期间的数据采集。与此同时，正在进行研发活动和模拟研究，以确定LHC运行3之后实验的未来。预计下一次长期停堆（LS 3）将进行两次探测器升级。第一个是更换三层的内部跟踪系统最接近的光束与一个新的顶点检测器组成的弯曲的晶圆级超薄硅传感器安排在完美的圆柱形层，以提高碰撞参量的分辨率和显着扩展的物理能力的重口味生产和低质量的双电子的研究。LS 3的第二个升级是增加了一个大速度的前向量热计探测器，由一个带有衬垫和像素读出的Si-W电磁量热计组成，这将使实验具有通过快速光子产生测量小x胶子分布的独特能力。LHC运行5的下一代重离子实验的建议也在准备中，并将进行讨论。其目的是对QGP的电磁和强子探针进行新的测量，例如产生多粲重子，由于探测器性能和亮度的原因，到目前为止还无法获得。新设备的概念预见了薄硅传感器的广泛使用，用于跟踪和现代粒子识别系统，结合了基于硅的飞行时间探测器，RICH探测器，电磁量热计和μ子系统。
2022-06-27 hep-ex physics.ins-det
Upgrade of the ALICE Time Projection Chamber for the LHC Run 3
大型强子对撞机（CERN）的实验之一ALICE正在进行第二次长时间关闭（LS 2）期间进行雄心勃勃的升级。这个项目的主要目标是访问罕见的事件和以前无法访问的物理观测。增加的Pb-Pb和pp碰撞率需要在LHC的下一个运行3中相应地更高的TPC操作率。到目前为止使用的操作门控MWPC读出不能以如此快的速率使用。因此，需要一种新的读出室，采用新技术，并且在动量和能量分辨率上没有任何妥协。作为解决方案，应用了气体电子倍增器（GEM）技术。这种新的读出室由内（IROC）和外（OROC）读出室组成，具有4级GEM级联，以减少后漂移离子空间电荷。这些四重堆叠已被证明提供足够的离子阻挡能力。这种结构还保持了固有能量分辨率，并将空间电荷失真保持在可容忍的水平。GEM在运行过程中无法修复，因此为了尽量减少不合适的箔片，开发了质量保证体系。这些洁净室测量研究孔尺寸均匀性、增益均匀性和电稳定性。由于连续读出，更高的读出速率是可能的。新的ASIC-SAMPA就是为此而开发的。在ROC组装之后，一些腔室在ALICE洞穴中进行了测试，并在CERN的GIF开始了对ROC主体的进一步测试。
2020-04-22 hep-ex physics.ins-det
ALICE TPC upgrade for High-Rate operations
为了满足大型强子对撞机（LHC）未来高亮度环境的需要，提出了一种新型的时间投影室（TPC），用于对ALICE（A Large Ion Collider Experiment at CERN）进行升级改造。该装置将依赖于基于微图案气体检测器（MPGD）的技术（特别是气体电子倍增器（GEM））的固有离子回流（IBF）抑制。GEM旨在最大限度地减少主漂移体积中的空间电荷效应，因此不需要标准选通栅极和由此产生的固有死区时间。这样，就有可能读出大型强子对撞机（LHC）在运行3中高亮度重离子时代以预期的50 kHz峰值相互作用速率提供的所有最小偏差Pb-Pb事件。新的读出电子设备将以高达1~ TB/s的速率将连续数据流发送到新的在线农场。新的读出室将由4个GEM箔堆叠而成，这些箔结合了不同的孔间距。除了低离子回流（$<$ 1）之外，其他重要要求是良好的能量分辨率（对于$^{55}$ Fe X射线，优于12（sigma））和操作稳定性。
2015-11-08 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Commissioning and Performance of the New ALICE Inner Tracking System in the First Phase of LHC Run 3
ALICE是欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）的四个实验之一，专门用于研究极端温度和压力条件下的核物质。LHC Run 3于2022年7月正式启动，在关闭两年多以升级加速器和实验之后，以质量中心能量$\sqrt{s}$ = 13.6 TeV进行质子-质子（pp）碰撞。为了满足运行3的ALICE物理程序的要求，新的定时，跟踪和多重性探测器已安装在ALICE中央桶中，无论是在中期和前进的快速，大多数探测器的读出电子设备已升级和ALICE离线和在线计算农场已完全更新。该装置的一个关键探测器是新的，超轻，高分辨率的内部跟踪系统（ITS 2），显着提高了对最接近主顶点的距离的确定的分辨率，在低横向动量的跟踪效率，以及相对于LHC运行2中实现的旧跟踪器的读出速率能力。新的跟踪器由七层，方位分段成五线谱，配备硅单片有源像素传感器与像素大小为27 $\times$ 29 $μ$米$^{2}$覆盖约10米$^2$的敏感区域。在开始运行3之前，经过长时间的努力，ITS 2得以建造、表征、安装和调试。由于通道数量巨大，像素内的阈值校准是一个具有挑战性的过程，它是通过利用ALICE离线和在线农场的力量来实现的。该探测器采集了整个2022年的数据，其第一个性能结果代表了本文的第二个关键部分。
2023-02-01 physics.ins-det
ALICE Upgrades
本文介绍ALICE在LHC Run 4及以后的探测器升级：FoCal与新型内层像素径迹层支持低x胶子、重味和双电子测量，ALICE 3则面向QGP重味探针、热辐射及手征对称性恢复研究。
2024-10-29 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
The design and expected performance of the ALICE ITS3 upgrade
Nikhef（荷兰国家核与粒子物理研究所）
ALICE ITS3升级采用新型晶圆级单片主动像素传感器，提升低p_T粒子的指向分辨率，增强重味粒子和热电对的探测性能。
2026-01-12 hep-ex physics.ins-det
Trigger and Timing Distributions using the TTC-PON and GBT Bridge Connection in ALICE for the LHC Run 3 Upgrade
欧洲核子研究中心的ALICE实验正在为第三阶段的数据采集运行（运行3）进行重大升级，届时大型强子对撞机（LHC）的高光度阶段开始。光束亮度的增加将导致高的相互作用速率，导致数据采集速率超过3 TB/秒。为了获取所有事件的数据并处理增加的数据速率，需要在读出电子器件架构中从触发到无触发器获取模式的转换。在这种新架构中，定义了一个称为通用读出单元（CRU）的专用电子模块，用作探测器数据聚合的节点通信点，以及定时、触发和控制（TTC）信息的分发点。升级后的无布线读出架构中的TTC信息使用两个异步高速串行链路连接：TTC-PON和GBT。我们已经进行了一项研究，以评估由CRU转发到使用TTC-PON和GBT桥接连接的连接电子设备的嵌入式定时信号的质量。我们使用了四个性能指标来表征通信桥：（a）固件逻辑增加的延迟，（b）PLL对定时信号的抖动清除效果，（c）用于定量测量信号质量的BER分析，以及（d）光收发器参数设置对信号强度的影响。通过执行电源开/关周期、固件升级和复位断言/解除断言周期（PFR周期）的多次迭代来进行桥连接在保持定时信号的相位一致性方面的可靠性研究。测试结果的TTC-PON和GBT桥通信链使用CRU原型和ALICE时序要求的遵守性能进行了介绍和讨论。
2018-06-04 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Versatile firmware for the Common Readout Unit (CRU) of the ALICE experiment at the LHC
从2022年CERN LHC的第三次运行开始，升级后的ALICE实验将在数据采集系统的核心使用公共读出单元（CRU）。CRU基于专为LHCb设计的PCIe 40硬件，是3个主要子系统之间的通用接口：前端、计算系统以及触发和定时系统。475个CRU将连接10个不同的子探测器，并将总数据吞吐量从3.5 TB/s降至635 GB/s。ALICE通用固件框架支持连续和触发模式下的数据采集，并将时钟、触发和慢速控制转发给前端电子设备。本文介绍了该系统的体系结构和数据流性能。
2021-03-09 physics.ins-det
Material Budget Calculation of the new Inner Tracking System, ALICE
ALICE合作项目旨在通过建立专用的重离子探测器来研究强相互作用物质的物理学。内部跟踪系统（ITS）位于ALICE探测器的中心，围绕着相互作用点。现在，ALICE计划升级内部跟踪系统，用于低横向动量的稀有探测器。新的ITS由支撑结构上的七层硅像素传感器组成。新设计的一个目标是将每层的材料预算（$X/X_0$）减少到内层的0.3 $\%$和中间层和外层的0.8 $\%$。在这项工作中，我们进行计算的基础上详细的几何描述不同的支撑结构的内，外桶使用ALIROOT。结果表明，内、外筒的材料预算有可能降低到我们所期望的值。这种原型的制造也是可能的。
2017-07-14 physics.ins-det
ALICE FIT data processing and performance during LHC Run 3
在LHC即将进行的运行3和运行4期间，升级后的ALICE（大型离子对撞机实验）将以更高的光度运行，并将收集比运行1和运行2多两个数量级的事件。ALICE升级的一部分是新的快速交互触发器（FIT）。这个彻底重新设计的探测器在一个系统中结合了ALICE在LHC运行2期间使用的四个前向探测器的功能：T0，V0，FMD和AD。FIT将监测亮度和背景，向LHC提供反馈，并实时生成最小偏差，顶点和中心触发器。在离线分析期间，FIT数据将用于提取飞行时间（TOF）颗粒识别所需的精确碰撞时间。在重离子碰撞过程中，FIT还将确定多重性、中心性和事件平面。FIT电子设计用于连续和触发读出模式。在这些诉讼中，FIT模拟，软件和原始数据处理进行了简要说明。然而，主要关注的是检测器性能，触发效率，碰撞时间和中心分辨率。
2020-12-04 hep-ex physics.ins-det
The ALICE Muon IDentifier
在LHC Run-I（2010-2013）和Run-II（2015-2018）期间，ALICE中μ子物理学的有趣事件的选择是使用专用的μ子触发系统进行的，该系统基于72个单间隙酚醛树脂电阻板室（RPC），以最大雪崩模式（无放大和7 mV阈值的AD前端电子设备）运行。从Run-III（从2021年开始）开始，为了充分利用Pb-Pb碰撞增加的亮度，ALICE实验将以连续读出（无闪烁）模式运行，μ子触发系统（MTR）将成为μ子识别器（MID）。读出电子设备正在升级，以支持连续读出。此外，为了提高RPC速率能力并减轻可能的老化影响，决定以较低的增益操作检测器，并将ADDIOR前端卡更换为配备放大级的新卡（FEERIC）。此外，将阈值分发系统升级到前端将允许在单前端卡级别调整阈值，而这在以前只能在单RPC级别进行。最后，由于目前安装在ALICE中的一些RPC在其认证寿命方面已经集成了不可忽略的电荷，因此大约25%的探测器将被替换为使用不同类型的酚醛树脂层压板建造的新探测器。本文件将详细说明中期审查的升级及其现状。
2020-09-11 hep-ex physics.ins-det
Particle identification studies with a full-size 4-GEM prototype for the ALICE TPC upgrade
大型时间投影室是欧洲核子研究中心大型强子对撞机（CERN LHC）ALICE实验中用于跟踪和识别带电粒子的主要设备。在2019/20年的第二次长时间关闭之后，LHC将以约50 kHz的相互作用速率提供Pb束碰撞，这比TPC目前的读出速率高出约50倍。这将导致对稀有探测器的灵敏度显着提高，这些探测器被认为是描述此类碰撞中产生的QCD物质的关键可观测量。为了充分利用这种亮度，目前使用的门控多丝正比室将被取代。升级依赖于采用气体电子倍增器技术的连续操作的读出探测器，以通过测量电离的比能损失d $E$ /d $x$来保持粒子识别方面的性能。2014年组装了一个全尺寸的读出室原型，其特征是一堆四个GEM箔作为放大级。原型的性能在CERN PS的测试束活动中进行了评估。d $E$ /d $x$分辨率符合当前运行的基于MWPC的读出室的性能和ALICE TPC升级计划的挑战性要求。读出系统的详细模拟能够再现数据。
2018-06-17 physics.ins-det
The ITS3 detector and physics reach of the LS3 ALICE Upgrade
ALICE实验在LS3期间将安装基于弯曲晶圆级单片有源像素传感器的ITS3探测器，通过极低物质量和更近的相互作用点距离实现指向分辨率两倍提升，显著扩展重味强子和热双电子的物理研究能力。
2024-09-03 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Recent results and upgrade of the ALICE muon spectrometer
本研究介绍CERN LHC上ALICE实验μ子谱仪的升级：新增MFT探测器提升前向快度区物理性能，结合Run 3更高的对撞速率与数据量，展示升级后的预期性能与初步结果，助力QGP性质研究。
2024-10-31 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
