Nach einer fünfjährigen Pause kollidierten am Abend des 26. September Bleiionen am Large Hadron Collider (LHC) mit einer beispiellos hohen Energie von 5,36 TeV pro Nukleonenpaar (Protonen oder Neutronen) und einer sechsmal höheren Kollisionsrate Vor.
Der letzte Bleiionenstrahl dieses jüngsten Schwerionenlaufs wurde am frühen Morgen des 30. Oktober abgeladen, nachdem ein erzwungener Magnet-„Quench“ durchgeführt worden war, um besser zu verstehen, bei welcher Menge an deponierter Energie die supraleitenden Magnete des LHC ihre Supraleitung verlieren Zustand. Dieses verbesserte Verständnis der LHC-Maschine wird dazu beitragen, die Kollisionsrate von Schwerionen in naher Zukunft weiter zu erhöhen.
Für diesen mit Spannung erwarteten Schwerionenlauf nutzte das ALICE-Experiment – der Schwerionenspezialist des LHC – neben verbesserten Strahlparametern seinen deutlich verbesserten Detektor mit kontinuierlicher Ausleseelektronik. Dadurch kann nun jede einzelne Kollision aufgezeichnet werden und steht somit für die physikalische Analyse zur Verfügung, während früher nur ein Bruchteil der Kollisionen für die Aufzeichnung ausgewählt werden konnte.
Diese kontinuierliche Auslesung wurde durch die Überarbeitung des TPC-Detektors (Time Projection Chamber) des Experiments und die Aufrüstung der Ausleseelektronik aller Detektoren erreicht. Darüber hinaus liefert der neue Inner Tracking System (ITS)-Detektor, der auf hochgranularer Silizium-Pixel-Technologie basiert, mit seinen 10 m2 aktiver Siliziumfläche und fast 13 Milliarden Pixeln innerhalb des dreidimensionalen Detektorvolumens scharfe Bilder der Kollisionen.
Der daraus resultierende dramatische Anstieg der Datenrate wurde durch den Einsatz einer neuen Computerinfrastruktur für die Online-Datenverarbeitung ermöglicht. Zu dieser Infrastruktur gehört eine neue Datenverarbeitungsfarm, die die durch das Experiment erzeugten Daten über eine spezielle Hochgeschwindigkeits-Glasfaserverbindung, die zur Bewältigung der erhöhten Datenmenge eingerichtet werden musste, direkt an das etwa fünf Kilometer von ALICE entfernte Datenzentrum des CERN sendet Rate.
Während des fünfwöchigen Laufs verzeichnete ALICE etwa 12 Milliarden Blei-Blei-Kollisionen – 40-mal mehr Kollisionen als die Gesamtzahl der von ALICE in den vorherigen Zeiträumen der Schwerionen-Datenerfassung von 2010 bis 2018 aufgezeichneten. Die neue Datenverarbeitungsfarm, bestehend aus 2.800 Grafikprozessoren (GPUs) und 50.000 Zentraleinheitskerne (CPUs) verarbeiten Kollisionsdaten routinemäßig mit einer Geschwindigkeit von bis zu 770 Gigabyte pro Sekunde. Anschließend wurden die Daten auf etwa 170 Gigabyte pro Sekunde komprimiert, bevor sie an das Rechenzentrum zur Speicherung auf Festplatte und später, mit einer begrenzten Geschwindigkeit von 20 Gigabyte pro Sekunde, zur Speicherung auf Band zur langfristigen Aufbewahrung übermittelt wurden.
Der neue Datensatz – der 47,7 Petabyte Speicherplatz umfasst und derzeit analysiert wird – wird das Verständnis der Physiker über Quark-Gluon-Plasma verbessern, einen Materiezustand, in dem Quarks und Gluonen für eine sehr kurze Zeit frei umherwandern, bevor sie sich bilden zusammengesetzte Teilchen namens Hadronen, die ALICE erkennt.
Die erhöhte Zahl der aufgezeichneten Kollisionen wird es den ALICE-Forschern ermöglichen, die Temperatur des Plasmas mithilfe präziser Messungen der Wärmestrahlung in Form von Photonen sowie Elektronen- und Positronenpaaren zu bestimmen. Dadurch können auch andere Eigenschaften der nahezu perfekten Flüssigkeit präziser gemessen werden, insbesondere mithilfe von Hadronen, die schwere Charm- und Beauty-Quarks enthalten.