A next-generation LHC heavy-ion experiment

D. Adamová , G. Aglieri Rinella , M. Agnello , Z. Ahammed , D. Aleksandrov , A. Alici , A. Alkin , T. Alt , I. Altsybeev , D. Andreou , A. Andronic , F. Antinori , P. Antonioli , H. Appelshäuser , R. Arnaldi , I.C. Arsene , M. Arslandok , R. Averbeck , M.D. Azmi , X. Bai , R. Bailhache , R. Bala , L. Barioglio , G.G. Barnaföldi , L.S. Barnby , P. Bartalini , K. Barth , S. Basu , F. Becattini , C. Bedda , I. Belikov (1) , F. Bellini , R. Bellwied , S. Beole , L. Bergmann , R.A. Bertens , M. Besoiu , L. Betev , A. Bhatti , A. Bianchi , L. Bianchi , J. Bielčík , J. Bielčíková , A. Bilandzic , S. Biswas , R. Biswas , D. Blau , F. Bock , M. Bombara , M. Borri , P. Braun-Munzinger , M. Bregant , G.E. Bruno , M.D. Buckland , H. Buesching , S. Bufalino , P. Buncic , J.B. Butt , A. Caliva , P. Camerini , F. Carnesecchi , J. Castillo Castellanos (2) , F. Catalano , S. Chapeland , M. Chartier , C. Cheshkov (3) , B. Cheynis (3) , V. Chibante Barroso , D.D. Chinellato , P. Chochula , T. Chujo , C. Cicalo , F. Colamaria , D. Colella , M. Concas , Z. Conesa del Valle (4) , G. Contin , J.G. Contreras , F. Costa , B. Dönigus , T. Dahms , A. Dainese , J. Dainton , A. Danu , S. Das , D. Das , S. Dash , A. Dash , G. David , A. de Caro , G. de Cataldo , A. De Falco , N. de Marco , S. De Pasquale , S. Deb , D. Di Bari , A. Di Mauro , T. Dietel , R. Divià , U. Dmitrieva , A. Dobrin , A.K. Dubey , A. Dubla , D. Elia , B. Erazmus (5) , A. Erokhin , G. Eulisse , D. Evans , L. Fabbietti , M. Faggin , P. Fecchio , A. Feliciello , G. Feofilov , A. Fernández Téllez , A. Festanti , S. Floerchinger , P. Foka , S. Fokin , A. Franco , C. Furget (6) , A. Furs , J. Gaardhøje , M. Gagliardi , P. Ganoti , C. Garabatos , E. Garcia-Solis , C. Gargiulo , P. Gasik , M.B. Gay Ducati , M. Germain (5) , P. Ghosh , P. Giubellino , P. Giubilato , P. Glässel , V. Gonzalez , O. Grachov , A. Grigoryan , S. Grigoryan , F. Grosa , J.F. Grosse-Oetringhaus , R. Guernane (6) , T. Gunji , R. Gupta , A. Gupta , M.K. Habib , H. Hamagaki , J.W. Harris , D. Hatzifotiadou , S.T. Heckel , E. Hellbär , H. Helstrup , T. Herman , H. Hillemanns , C. Hills , B. Hippolyte (1) , S. Hornung , P. Hristov , J.P. Iddon , S. Igolkin , G. Innocenti , M. Ippolitov , M. Ivanov , A. Jacholkowski , M. Jung , A. Jusko , M.K. Köhler , S. Kabana (5) , A. Kalweit , A. Karasu Uysal , T. Karavicheva , U. Kebschull , R. Keidel , M. Keil , B. Ketzer , S.A. Khan , A. Khanzadeev , Y. Kharlov , A. Khuntia , B. Kim , J. Kim , M. Kim , J. Klein , C. Klein , C. Klein-Bösing , S. Klewin , A. Kluge , M.L. Knichel , C. Kobdaj , M. Kofarago , P.J. Konopka , V. Kovalenko , I. Králik , M. Krüger , L. Kreis , M. Krivda , F. Krizek , M. Kroesen , E. Kryshen , V. Kučera , C. Kuhn (1) , L. Kumar , S. Kundu , S. Kushpil , M.J. Kweon , M. Kwon , Y. Kwon , P. Lévai , S.L. La Pointe , E. Laudi , T. Lazareva , R. Lea , L. Leardini , S. Lee , R.C. Lemmon , R. Lietava , B. Lim , V. Lindenstruth , A. Lindner , C. Lippmann , J. Liu , J. Lopez Lopez , C. Lourenco , G. Luparello , S.M. Mahmood , A. Maire (1) , V. Manzari , Y. Mao , A. Marín , M. Marchisone (3) , G.V. Margagliotti , M. Marquard , P. Martinengo , S. Masciocchi , M. Masera , E. Masson (5) , A. Mastroserio , A.M. Mathis , A. Matyja , M. Mazzilli , M.A. Mazzoni , L. Micheletti , A.N. Mishra , D. Miskowiec , B. Mohanty , M. Mohisin Khan , A. Morsch , T. Mrnjavac , V. Muccifora , D. Mühlheim , S. Muhuri , J.D. Mulligan , M.G. Munhoz , R.H. Munzer , H. Murakami , L. Musa , B. Naik , B.K. Nandi , R. Nania , T.K. Nayak , D. Nesterov , G. Nicosia , S. Nikolaev , V. Nikulin , F. Noferini , J. Norman (6) , A. Nyanin , V. Okorokov , C. Oppedisano , J. Otwinowski , K. Oyama , M. Pł Oskoń , Y. Pachmayer , A.K. Pandey , C. Pastore , J. Pawlowski , H. Pei , T. Peitzmann , D. Peresunko , M. Petrovici , R.P. Pezzi , S. Piano , E. Prakasa , S.K. Prasad , R. Preghenella , F. Prino , C.A. Pruneau , I. Pshenichnov , M. Puccio , J. Pucek , E. Quercigh , D. Röhrich , L. Ramello , F. Rami (1) , S. Raniwala , R. Raniwala , R. Rath , I. Ravasenga , A. Redelbach , K. Redlich , F. Reidt , K. Reygers , V. Riabov , P. Riedler , W. Riegler , D. Rischke , C. Ristea , S.P. Rode , M. Rodríguez Cahuantzi , D. Rohr , A. Rossi , R. Rui , A. Rustamov , A. Rybicki , K. Šafařík , R. Sadikin , S. Sadovsky , R. Sahoo , P. Sahoo , P.K. Sahu , J. Saini , V. Samsonov , P. Sarma , H.S. Scheid , R. Schicker , A. Schmah , M.O. Schmidt , C. Schmidt , Y. Schutz (1) , K. Schweda , E. Scomparin , J.E. Seger , S. Senyukov (1) , A. Seryakov , R. Shahoyan , N. Sharma , S. Siddhanta , T. Siemiarczuk , R. Singh , M. Sitta , H. Soltveit , M. Spyropoulou-Stassinaki , J. Stachel , T. Sugitate , S. Sumowidagdo , X. Sun , J. Takahashi , C. Terrevoli , A. Toia , N. Topilskaya , S. Tripathy , S. Trogolo , V. Trubnikov , W.H. Trzaska , B.A. Trzeciak , T.S. Tveter , A. Uras (3) , G.L. Usai , G. Valentino , L.V.R. van Doremalen , M. van Leeuwen , P. Vande Vyvre , M. Vasileiou , V. Vechernin , L. Vermunt , O. Villalobos Baillie , T. Virgili , A. Vodopyanov , S.A. Voloshin , G. Volpe , B. von Haller , I. Vorobyev , Y. Wang , M. Weber , A. Wegrzynek , D.F. Weiser , S.C. Wenzel , J.P. Wessels , J. Wiechula , U. Wiedemann , J. Wilkinson , B. Windelband , M. Winn (4) , N. Xu , K. Yamakawa , Z. Yin , I.-K. Yoo , J.H. Yoon , A. Yuncu , V. Zaccolo , C. Zampolli , A. Zarochentsev , B. Zhang , X. Zhang , C. Zhao , V. Zherebchevskii , D. Zhou , Y. Zhou , Y. Zhou , G. Zinovjev

1 IPHC - Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien
2 DPHN - Département de Physique Nucléaire (ex SPhN)
3 IPNL - Institut de Physique Nucléaire de Lyon
4 IPNO - Institut de Physique Nucléaire d'Orsay
5 SUBATECH - Laboratoire de physique subatomique et des technologies associées
6 LPSC - Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie

The present document discusses plans for a compact, next-generation multi-purpose detector at the LHC as a follow-up to the present ALICE experiment. The aim is to build a nearly massless barrel detector consisting of truly cylindrical layers based on curved wafer-scale ultra-thin silicon sensors with MAPS technology, featuring an unprecedented low material budget of 0.05% X$_0$ per layer, with the innermost layers possibly positioned inside the beam pipe. In addition to superior tracking and vertexing capabilities over a wide momentum range down to a few tens of MeV/$c$, the detector will provide particle identification via time-of-flight determination with about 20~ps resolution. In addition, electron and photon identification will be performed in a separate shower detector. The proposed detector is conceived for studies of pp, pA and AA collisions at luminosities a factor of 20 to 50 times higher than possible with the upgraded ALICE detector, enabling a rich physics program ranging from measurements with electromagnetic probes at ultra-low transverse momenta to precision physics in the charm and beauty sector.

Mots clés: activity report; detector: proposed; ALICE; detector: design

Domaines: Instrumentations et Détecteurs [physics.ins-det]; Physique des Hautes Energies - Expérience [hep-ex]; Physique Nucléaire Expérimentale [nucl-ex]; Physique Nucléaire Théorique [nucl-th]

D. Adamová, G. Aglieri Rinella, M. Agnello, Z. Ahammed, D. Aleksandrov, et al.. A next-generation LHC heavy-ion experiment. 2019. ⟨hal-02073540⟩