Estudo computacional da configuração ótima para o futuro detector ALICE 3 no LHC

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Stahl, Levi Louro
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: ALICE 3; detector simulation; identificação de partículas; LHC; particle identification; reconstrução de trajetórias; simulação de detectores; track reconstruction
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-27092025-130611/

O Modelo Padrão da física de partículas descreve os constituintes fundamentais da matéria e as interações entre eles, sendo amplamente validado por experimentos realizados em aceleradores de partículas de alta energia. No entanto, muitos aspectos da interação forte em regimes extremos ainda permanecem em aberto, como o comportamento da matéria nuclear em altas densidades e temperaturas. Para investigar esse regime, utilizam-se colisões de íons pesados em aceleradores como o LHC (Large Hadron Collider), onde é possível recriar condições semelhantes às do Universo primitivo, permitindo o estudo do plasma de quarks e glúons. Inserida nesse contexto, a Colaboração ALICE (A Large Ion Collider Experiment), um dos quatro grandes experimentos do LHC, tem como objetivo estudar as propriedades da matéria regida pela força nuclear forte. Embora o atual detector do ALICE esteja cumprindo seus objetivos científicos, ele atingirá o fim de sua vida útil ao término da Run 4 do LHC em 2033, devido a limitações tecnológicas frente às demandas das próximas campanhas experimentais (Runs 5 e 6), que envolverão taxas de colisão e multiplicidades significativamente maiores. Com isso, está sendo projetado um novo experimento, o ALICE 3, com capacidades ampliadas que permitirão a realização de medições de alta precisão inviáveis com o sistema atual. No desenvolvimento desse novo detector, este trabalho realiza simulações no framework oficial do ALICE, o O2, para investigar o desempenho das camadas sensíveis ao tempo (timing layers), essenciais para a identificação de partículas por meio da técnica de time-of-flight. Especificamente, estuda-se a ocupância nessas camadas, isto é, a densidade de interações por unidade de área, um parâmetro crítico, pois altas ocupâncias podem levar à sobreposição de sinais (hits), dificultando a correta associação entre os registros e as partículas geradoras, o que compromete a resolução temporal e a qualidade da reconstrução. Busca-se, assim, identificar o equilíbrio ideal entre uma segmentação fina, que melhora a resolução mas exige maior complexidade eletrônica, e uma segmentação grosseira, que reduz a precisão. O objetivo é, portanto, determinar o tamanho ótimo das células para os timing layers do ALICE 3. Paralelamente, realiza-se uma investigação detalhada da reconstrução de trajetórias de partículas com o framework ACTS (A Common Tracking Software), que oferece ferramentas modulares para simulação e reconstrução em geometrias complexas. Com ele, avaliam-se a eficiência e a pureza dos algoritmos de reconstrução e identificação frente a diferentes configurações do detector. Esses estudos, complementares aos realizados com o O2, contribuem diretamente para a otimização do projeto do ALICE 3, fornecendo uma verificação concreta das capacidades do detector e dos fatores mais relevantes para seu desempenho.