Il progetto ALICE a Padova

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FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007FA - Festa LHC - Padova, 22 novembre 2007 11

Il progetto ALICE a PadovaIl progetto ALICE a Padova

Federico AntinoriFederico Antinori

Gruppo ALICE - PadovaGruppo ALICE - Padova


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ContenutoContenuto

L’acceleratore LHCL’acceleratore LHC

La fisica dell’esperimento ALICELa fisica dell’esperimento ALICE

Il gruppo di Padova e il rivelatore SPD Il gruppo di Padova e il rivelatore SPD (Silicon Pixel Detector) (Silicon Pixel Detector)

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Large Hadron Collider (LHC)Large Hadron Collider (LHC)


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Padova

Monte Bianco

CERN


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CERNCERN

SPS

LHC


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LHC

ALICE

CMS


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Large Hadron Collider (LHC)Large Hadron Collider (LHC)

27 km di circonferenza27 km di circonferenza circa 100 m sotto terracirca 100 m sotto terra particelle accelerate a particelle accelerate a

99.9999991 % della 99.9999991 % della velocità della lucevelocità della luce

> 10 000 orbite al > 10 000 orbite al secondo secondo

magneti superconduttorimagneti superconduttori T = 1.9 K = -271.25 CT = 1.9 K = -271.25 C

(zero assoluto: -273.15 C)(zero assoluto: -273.15 C) punto più freddo del sistema punto più freddo del sistema

solare!solare!

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Introduzione alla Fisica di ALICEIntroduzione alla Fisica di ALICE


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ATOMOATOMO

PROTONEPROTONE

QUARKQUARK

NUCLEONUCLEO

ELETTRONEELETTRONE


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Interazione ForteInterazione Forte

Protone: uudProtone: uud Neutrone: uddNeutrone: udd

Nel modello standardNel modello standard 6 quark6 quark interazione fra quark interazione fra quark

mediante scambio di mediante scambio di gluonigluoni

““interazione forte”interazione forte” teoria: Cromodinamica teoria: Cromodinamica

Quantistica (QCD)Quantistica (QCD)

beauty


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Due questioni aperte in QCDDue questioni aperte in QCD

1.1. confinamento dei quarkconfinamento dei quark i quark sembranno perennemente i quark sembranno perennemente

“confinati” all’interno di altre “confinati” all’interno di altre particelle, dette “adroni” (come il particelle, dette “adroni” (come il protone e il neutrone)protone e il neutrone)

la metà dei fermioni non sono la metà dei fermioni non sono osservabili come particelle libereosservabili come particelle libere

2.2. generazione delle masse degli generazione delle masse degli adroniadroni protone = uudprotone = uud 2 m(u) + m(d) ~ 12 MeV 2 m(u) + m(d) ~ 12 MeV ma m(protone) = 938 MeV!ma m(protone) = 938 MeV! da dove viene il 99% di da dove viene il 99% di

m(protone)?m(protone)?

si pensa che i due fenomeni siano si pensa che i due fenomeni siano correlaticorrelati

Lo studio delle collisioni di nuclei Lo studio delle collisioni di nuclei pesanti ad LHC dovrebbe pesanti ad LHC dovrebbe permetterci di accedere permetterci di accedere sperimentalmente alla sperimentalmente alla fenomenologia del confinamentofenomenologia del confinamento

beauty


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Collisioni tra nuclei ad LHCCollisioni tra nuclei ad LHC

Facendo collidere due nuclei a energia Facendo collidere due nuclei a energia ultrarelativistica, speriamo di ricreare, ultrarelativistica, speriamo di ricreare, per un tempo brevissimo, le condizioni per un tempo brevissimo, le condizioni appropriate per il “deconfinamento”appropriate per il “deconfinamento”

Si pensa infatti di ottenere un plasma di Si pensa infatti di ottenere un plasma di quark e gluoni (Quark-Gluon Plasma, quark e gluoni (Quark-Gluon Plasma, QGP) in cui i quark (e i gluoni che ne QGP) in cui i quark (e i gluoni che ne mediano l’interazione) vengano mediano l’interazione) vengano “liberati”“liberati”

Studiando le proprietà del QGP, Studiando le proprietà del QGP, speriamo di capire meglio il fenomeno speriamo di capire meglio il fenomeno del confinamento e come vengano del confinamento e come vengano generate le masse dei protoni, neutroni generate le masse dei protoni, neutroni e altri adronie altri adroni


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Come studiare il QGP?Come studiare il QGP?

Un approccio particolarmente Un approccio particolarmente promettente consiste nel sondare il promettente consiste nel sondare il sistema mediante quark “pesanti”: sistema mediante quark “pesanti”: c (charm) e b (beauty) c (charm) e b (beauty)

Questi vengono prodotti nell’impatto Questi vengono prodotti nell’impatto iniziale tra i due nucleiiniziale tra i due nuclei

E si propagano all’interno del sistema, E si propagano all’interno del sistema, depositando energia in modo depositando energia in modo dipendente dalla massa, diversa per c dipendente dalla massa, diversa per c e be b

In pratica, i quark c e b si dovrebbero In pratica, i quark c e b si dovrebbero poter usare come “sonde calibrate”poter usare come “sonde calibrate”

cc

cc

cc

cc

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Padova e il rivelatore SPDPadova e il rivelatore SPD


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Alla caccia di charm e beautyAlla caccia di charm e beauty

Come rivelare le particelle contenenti quark c e b?Come rivelare le particelle contenenti quark c e b?

Le vite medie sono cortissime: ~ picosecondo Le vite medie sono cortissime: ~ picosecondo (milionesimo di milionesimo di secondo) (milionesimo di milionesimo di secondo)

Alla velocità della luce Alla velocità della luce centinaia di µm, al più centinaia di µm, al più qualche mmqualche mm

Altissima precisione di tracciamento vicino al punto Altissima precisione di tracciamento vicino al punto d’interazioned’interazione


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Alla caccia di charm e beautyAlla caccia di charm e beauty

i.i. rivelatore ad alta risoluzione spazialerivelatore ad alta risoluzione spaziale ““Silicon Pixel Detector” (SPD)Silicon Pixel Detector” (SPD)

il più vicino possibile al punto di interazioneil più vicino possibile al punto di interazione

e il più sottile possibile!e il più sottile possibile! per deviare le tracce il meno possibile!per deviare le tracce il meno possibile!


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Progetto ALICE - SPDProgetto ALICE - SPD

Padova, Legnaro, Bari, Catania, CERN, Kosice (SK)Padova, Legnaro, Bari, Catania, CERN, Kosice (SK)

Gruppo di Padova:Gruppo di Padova: specifiche, progetto, disegnospecifiche, progetto, disegno supporto meccanicosupporto meccanico sistema di raffreddamentosistema di raffreddamento assemblaggio settoriassemblaggio settori test elettronicitest elettronici integrazioneintegrazione installazioneinstallazione


爱丽斯i) alta risoluzione spaziale: i) alta risoluzione spaziale:

Chip a Pixel di ALICEChip a Pixel di ALICE chip a segnali misti chip a segnali misti

(analogico/digitale)(analogico/digitale)

tecnologia CMOS 0.25 µmtecnologia CMOS 0.25 µm

celle di 50 µm celle di 50 µm x 425 µmx 425 µm

8192 celle per chip8192 celle per chip

potenza dissipata di ~ 120 µW potenza dissipata di ~ 120 µW per pixelper pixel

disegno tollerante alle disegno tollerante alle radiazioni radiazioni

13.5 mm

15

.8 m

m


爱丽斯Connessioni mediante bump-Connessioni mediante bump-bondingbonding

connessione tra silicio connessione tra silicio rivelatore e chip di lettura rivelatore e chip di lettura mediante “bump-bonding”mediante “bump-bonding”

bump di lega PbSnbump di lega PbSn

un bump per ognuna delle un bump per ognuna delle celle del rivelatore (9.8 milioni)celle del rivelatore (9.8 milioni)

Chip

Sensorbump-bonded assembly

Chip (150 µm thickness)

Sensor (200 µm thickness)

bump-bonded assembly

Picture of a solder bump bond (courtesy of VTT)


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settore di supporto e raffreddamento

foglio di messa a terra

Half-staveHalf-stave

Bus

chip a pixel

elettronica di lettura e controllo

sensore al silicio

Ladder: 5 chips + 1 sensore

lunghezza: 193 mm


爱丽斯ii) più vicino possibile ii) più vicino possibile all’interazioneall’interazione

diametro del tubo diametro del tubo di fascio: 3 cmdi fascio: 3 cm

rivelatore più rivelatore più vicino a 7 mmvicino a 7 mm

punto di massimo punto di massimo avvicinamento tra avvicinamento tra tubo di fascio e tubo di fascio e SPD: 5 mmSPD: 5 mm


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ii) il più sottile possibile…ii) il più sottile possibile…

Settori di supporto in Settori di supporto in fibra di carboniofibra di carbonio alto modulo elastico, basso alto modulo elastico, basso

numero atomico (diffusione numero atomico (diffusione multipla multipla √Z) √Z)

due strati di fibre due strati di fibre unidirezionali di 100 µm di unidirezionali di 100 µm di spessore l’unospessore l’uno

9090 tra le direzioni delle tra le direzioni delle fibre nei due strati fibre nei due strati

Half-Barrel final assembly

The Half Cylinders and their tooling

Front view

Progetto:Progetto:Adriano PepatoAdriano PepatoMatteo TurcatoMatteo TurcatoMarco RomanatoMarco Romanato


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Produzione settori “in casa”Produzione settori “in casa” ““cottura” in autoclavecottura” in autoclave

Laboratorio Materiali Laboratorio Materiali Compositi INFN-PD a Compositi INFN-PD a LegnaroLegnaro

Andrea Benato Andrea Benato Daniele MazzaroDaniele Mazzaro

Leonardo GarizzoLeonardo Garizzo Fabio Veronese Fabio Veronese Denis Maniero Denis Maniero

produzione fissazioni produzione fissazioni officina meccanica INFN-officina meccanica INFN-

PDPD


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Qualificazione settoriQualificazione settori

tutti i settori verificati e tutti i settori verificati e misurati sotto macchina di misurati sotto macchina di misura prima dei montaggi misura prima dei montaggi successivisuccessivi

misure confrontate misure confrontate direttamente con modello CADdirettamente con modello CAD

planarità tipica ~ 60 µmplanarità tipica ~ 60 µm

informazioni su geometria informazioni su geometria misurata utilizzate poi in fase misurata utilizzate poi in fase di assemblaggiodi assemblaggio compensazionicompensazioni

Sandra MorettoSandra MorettoShen DongjunShen DongjunMarcello LunardonMarcello Lunardon


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RaffreddamentoRaffreddamento

da rimuovere ~ 20 W per da rimuovere ~ 20 W per stave, ovviamente usando stave, ovviamente usando una quantità minima di una quantità minima di materiale…materiale… riscaldamento evaporativoriscaldamento evaporativo Freon CFreon C44FF1010

tubi di phynox tubi di phynox (lega Co-Cr-Ni-Mo)(lega Co-Cr-Ni-Mo) 40 µm di parete40 µm di parete 500 µm di spessore totale500 µm di spessore totale resistentissimo alla corrosione resistentissimo alla corrosione

capillari du Cu-Ni: 500 µm capillari du Cu-Ni: 500 µm diametrodiametro

in pratica: un sistema in pratica: un sistema frigorifero integrato nei frigorifero integrato nei settori in fibra di carboniosettori in fibra di carbonio


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ogni produzione testata ogni produzione testata per impurità per impurità

prima del montaggio, ogni prima del montaggio, ogni parte testata per perditeparte testata per perdite test di perdita di Hetest di perdita di He

test ripetuto dopo ogni test ripetuto dopo ogni passo di saldatura, passo di saldatura, assemblaggioassemblaggio

ogni settore certificato ogni settore certificato senza perdite senza perdite < < 10-9 g/cm2/bar

Adriano PepatoAdriano PepatoRosario TurrisiRosario TurrisiSandro MartiniSandro MartiniRazvan DimaRazvan DimaFernando ScarlassaraFernando ScarlassaraMarcello LunardonMarcello Lunardon


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Risultato: un rivelatore ultraleggeroRisultato: un rivelatore ultraleggero

Spessore visto da una particella che attraversa i due Spessore visto da una particella che attraversa i due strati: ~ 2.3% Xstrati: ~ 2.3% X00

equivalente a 0.33 mm di rame!equivalente a 0.33 mm di rame!


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Assemblaggio dei settoriAssemblaggio dei settori

necessità di ottimo necessità di ottimo contatto termicocontatto termico tra half-stave e tubi tra half-stave e tubi

di raffreddamentodi raffreddamento possibilità di possibilità di

smontaggiosmontaggio accoppiamento accoppiamento

meccanico:meccanico: colla UV colla UV clip in fibra di clip in fibra di

carboniocarbonio accoppiamento accoppiamento

termico:termico: grease termica grease termica


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Sistema di assemblaggioSistema di assemblaggio

Camera Pulita della Sezione di Padova a Legnaro (LAE)Camera Pulita della Sezione di Padova a Legnaro (LAE)

distributore

colle

sistema di

rotazione del

supporto allineamentorivelatore

movimentazione rivelatore


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Sistema di assemblaggioSistema di assemblaggio

Sistema ideato e Sistema ideato e disegnato in Sezionedisegnato in Sezione

Controlli da computerControlli da computer movimentazionimovimentazioni valvole vuotovalvole vuoto distribuzione e distribuzione e

polimerizzazione collapolimerizzazione colla software sviluppato in software sviluppato in

Sezione, in Sezione, in collaborazione con collaborazione con Servizio ElettronicaServizio Elettronica


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AssemblaggioAssemblaggio

11 settori assemblati11 settori assemblati 1 prototipo + 10 produzione1 prototipo + 10 produzione

maggio 2005 maggio 2005 febbraio 2007 febbraio 2007 velocità determinata da velocità determinata da

disponibilità componentidisponibilità componenti

resa: 100%resa: 100% nessun componente nessun componente

danneggiatodanneggiato

Beppe ViestiBeppe Viesti Carlo BombonatiCarlo Bombonati Francesco Francesco RampazzoRampazzoRazvan DimaRazvan Dima Daniela Fabris Daniela Fabris Francesca Francesca SoramelSoramelAdriano PepatoAdriano Pepato Marcello Lunardon Marcello Lunardon Laszlo Sajo-Laszlo Sajo-Bohus Bohus Sandra Moretto Sandra Moretto Christian Manea Christian Manea Dong-jun ShenDong-jun ShenMarco CaldognoMarco Caldogno


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Test dei wafer di chip pixelTest dei wafer di chip pixel

Test dei wafer su probe Test dei wafer su probe station station in camera pulita PD a in camera pulita PD a

LegnaroLegnaro selezione chip da utilizzare selezione chip da utilizzare

in produzionein produzione

totale di 55 wafer testatitotale di 55 wafer testati

Lot 3Lot 3Gianfranco SegatoGianfranco Segato Stefano MarchiniStefano MarchiniFulvio CalaonFulvio Calaon Pier Giuseppe Zatti Pier Giuseppe Zatti Giampaolo GaletGiampaolo Galet + LNL:+ LNL:Christian ManeaChristian Manea Enrico FiorettoEnrico Fioretto


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Test half-staveTest half-stave

Prima e dopo l’assemblaggioPrima e dopo l’assemblaggio camera pulita PD a LNLcamera pulita PD a LNL

Fulvio CalaonFulvio CalaonGiampaolo GaletGiampaolo GaletChristian ManeaChristian ManeaStefano MarchiniStefano MarchiniPier Giuseppe Pier Giuseppe ZattiZatti+ LNL+ LNLGianfranco PreteGianfranco PreteAndrea DaineseAndrea DaineseMarco CinauseroMarco CinauseroLuigi VannucciLuigi Vannucci


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Banco di test e integrazione al CERNBanco di test e integrazione al CERN

DSF al CERN DSF al CERN (PH (PH Department Silicon Department Silicon Facility) Facility)

progettazione e progettazione e installazione: installazione: INFN – PDINFN – PD + impianto di + impianto di

raffreddamentoraffreddamentoAdriano PepatoAdriano Pepato Fabio Fabio VeroneseVeroneseRazvan DimaRazvan Dima Daniele Mazzaro Daniele Mazzaro Marco RomanatoMarco Romanato Andrea BenatoAndrea BenatoMatteo TurcatoMatteo Turcato Rosario TurrisiRosario Turrisi


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Integrazione in DSFIntegrazione in DSF

Integrazione del barrel e preparazione per Integrazione del barrel e preparazione per l’installazionel’installazione


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Integrazione in DSFIntegrazione in DSF

Integrazione del barrel e preparazione per Integrazione del barrel e preparazione per l’installazionel’installazione

Adriano PepatoAdriano Pepato Razvan Dima Razvan Dima Daniele Daniele Mazzaro Fabio Veronese Mazzaro Fabio Veronese Matteo Turcato Matteo Turcato Marco Marco RomanatoRomanatoRosario Turrisi Rosario Turrisi Andrea BenatoAndrea Benato Denis Denis ManieroManiero


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InstallazioneInstallazione

Problema “topologico” ancora prima che meccanico!Problema “topologico” ancora prima che meccanico!

Sequenza di installazione estremamente complessaSequenza di installazione estremamente complessa

L’SPD è l’ultimo dei rivelatori interni ad essere L’SPD è l’ultimo dei rivelatori interni ad essere installatoinstallato


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(B< 0.4 T)

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l’arrivo dell’SPD al punto di interazionel’arrivo dell’SPD al punto di interazione


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rimozione della protezione del tubo di fasciorimozione della protezione del tubo di fascio


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installazione del mezzo-barile superioreinstallazione del mezzo-barile superiore

Inner layer

Outerlayer


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integrazione preparata sul CAD…integrazione preparata sul CAD…


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a installazione ultimataa installazione ultimata

Installazione:Installazione:Adriano PepatoAdriano PepatoRazvan DimaRazvan DimaDaniele MazzaroDaniele MazzaroMatteo TurcatoMatteo TurcatoMarco Romanato Marco Romanato Andrea BenatoAndrea BenatoLeonardo GarizzoLeonardo GarizzoRosario TurrisiRosario Turrisi


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Software e preparazione analisiSoftware e preparazione analisi Analisi dati dei fasci di testAnalisi dati dei fasci di test

Messa a punto delle procedure di allineamentoMessa a punto delle procedure di allineamento

Preparazione analisi datiPreparazione analisi dati produzione di charm e beauty in interazioni Pb-Pb e ppproduzione di charm e beauty in interazioni Pb-Pb e pp

Daniela FabrisDaniela Fabris Sandra MorettoSandra Moretto Marcello LunardonMarcello Lunardon

Andrea DaineseAndrea Dainese Marcello Lunardon Marcello Lunardon Sandra MorettoSandra MorettoAndrea RossiAndrea Rossi Carlo BombonatiCarlo Bombonati Julien FaivreJulien Faivre

Andrea DaineseAndrea Dainese Marcello LunardonMarcello Lunardon Andrea Rossi Andrea Rossi Carlo BombonatiCarlo Bombonati Maurizio MorandoMaurizio Morando Rosario TurrisiRosario TurrisiJulien FaivreJulien Faivre Sandra MorettoSandra Moretto


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Proto-Tier 2 ALICE PD-LNLProto-Tier 2 ALICE PD-LNL

Nodo di calcolo Grid Nodo di calcolo Grid “Tier2” PD-LNL“Tier2” PD-LNL attività ALICE da attività ALICE da

febbraio 2006febbraio 2006 partecipazione continua partecipazione continua

al Physics Data al Physics Data Challenge di ALICE da Challenge di ALICE da giugno 2006giugno 2006

potenza di calcolo potenza di calcolo attuale (ALICE): 60 attuale (ALICE): 60 kSI2kkSI2k

Gaetano Maron: resp. gestioneGaetano Maron: resp. gestione Simone BadoerSimone BadoerMassimo Biasotto: resp. tecnicoMassimo Biasotto: resp. tecnico Luciano BertiLuciano BertiAndrea Dainese, Luigi Vannucci (ALICE)Andrea Dainese, Luigi Vannucci (ALICE) Sergio FantinelSergio FantinelUgo Gasparini (CMS)Ugo Gasparini (CMS) Roberto FerrariRoberto Ferrari

Siti INFN ALICE luglio 06 – luglio 07


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e i responsabili…e i responsabili…

che mi hanno preceduto e seguito:che mi hanno preceduto e seguito:

Maurizio MorandoMaurizio Morando Rosario Turrisi Rosario Turrisi


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RingraziamentiRingraziamenti

A nome del gruppo ALICE-Padova: un grazie di cuore a tutte le A nome del gruppo ALICE-Padova: un grazie di cuore a tutte le persone che ci hanno permesso di lavorare nel migliore dei modi persone che ci hanno permesso di lavorare nel migliore dei modi in Sezione durante questi 10 anni:in Sezione durante questi 10 anni: I direttori di sezioneI direttori di sezione

Cesare Voci, Gabriele Puglierin, Gianni Zumerle e Antonio MasieroCesare Voci, Gabriele Puglierin, Gianni Zumerle e Antonio Masiero Il Servizio Progettazione MeccanicaIl Servizio Progettazione Meccanica L’Officina Meccanica e il Laboratorio Materiali CompositiL’Officina Meccanica e il Laboratorio Materiali Compositi Il Servizio di ElettronicaIl Servizio di Elettronica Il Servizio CalcoloIl Servizio Calcolo Gli Uffici AmministrativiGli Uffici Amministrativi La Segreteria Scientifica di gruppo 3La Segreteria Scientifica di gruppo 3 La Segreteria della DirezioneLa Segreteria della Direzione


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Il futuroIl futuro

Programma pluriennale (scenario standard: 10 anni):Programma pluriennale (scenario standard: 10 anni): operazione del rivelatore SPD in ALICEoperazione del rivelatore SPD in ALICE fisica con dati su interazioni pp, Pb-Pb, Ar-Ar, Cu-Cu, p-A, …fisica con dati su interazioni pp, Pb-Pb, Ar-Ar, Cu-Cu, p-A, …

Studio di upgrade dell’esperimento con un nuovo Studio di upgrade dell’esperimento con un nuovo rivelatore di vertice, di prestazioni ancora superioririvelatore di vertice, di prestazioni ancora superiori

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