Technical design report for the upgrade of the ALICE inner tracking system

Abelev, B.; Adam, J.; Adamovã¡, D.; Aggarwal, M. M.; Aglieri Rinella, G.; Agnello, M.; Agostinelli, A.; Agrawal, N.; Ahammed, Z.; Ahmad, N.; Ahmad Masoodi, A.; Ahmed, I.; Ahn, S. U.; Ahn, S. A.; Aimo, I.; Aiola, S.; Ajaz, M.; Akindinov, A.; Aleksandrov, D.; Alessandro, B.; Alexandre, D.; Alici, A.; Alkin, A.; Alme, J.; Alt, T.; Altini, V.; Altinpinar, S.; Altsybeev, I.; Alves Garcia Prado, C.; Anderssen, E. C.; Andrei, C.; Andronic, A.; Anguelov, V.; Anielski, J.; Antiäiä, T.; Antinori, F.; Antonioli, P.; Aphecetche, L.; Appelshã¤user, H.; Arbor, N.; Arcelli, S.; Armesto, N.; Arnaldi, R.; Aronsson, T.; Arsene, I. C.; Arslandok, M.; Augustinus, A.; Averbeck, R.; Awes, T. C.; Azmi, M. D.; Bach, M.; Badalã , A.; Baek, Y. W.; Bagnasco, S.; Bailhache, R.; Bairathi, V.; Bala, R.; Baldisseri, A.; Baltasar Dos Santos Pedrosa, F.; Bã¡n, J.; Baral, R. C.; Barbera, R.; Barile, F.; Barnafã¶ldi, G. G.; Barnby, L. S.; Barret, V.; Bartke, J.; Basile, M.; Bastian Van Beelen, J.; Bastid, N.; Basu, S.; Bathen, B.; Batigne, G.; Battistin, M.; Batyunya, B.; Batzing, P. C.; Baudot, J.; Baumann, C.; Bearden, I. G.; Beck, H.; Bedda, C.; Behera, N. K.; Belikov, I.; Bellini, F.; Bellwied, R.; Belmont Moreno, E.; Bencedi, G.; Benettoni, M.; Benotto, F.; Beole, S.; Berceanu, I.; Bercuci, A.; Berdnikov, Y.; Berenyi, D.; Berger, M. E.; Bertens, R. A.; Berzano, D.; Besson, A.; Betev, L.; Bhasin, A.; Bhati, A. K.; Bhatti, A.; Bhattacharjee, B.; Bhom, J.; Bianchi, L.; Bianchi, N.; Bianchin, C.; Bieläã­k, J.; Bieläã­kovã¡, J.; Bilandzic, A.; Bjelogrlic, S.; Blanco, F.; Blau, D.; Blume, C.; Bock, F.; Boehmer, F. V.; Bogdanov, A.; Bã¸ggild, H.; Bogolyubsky, M.; Boldizsã¡r, L.; Bombara, M.; Book, J.; Borel, H.; Borissov, A.; Bornschein, J.; Borshchov, V. N.; Bortolin, C.; Bossãº, F.; Botje, M.; Botta, E.; Bã¶ttger, S.; Braun Munzinger, P.; Breitner, T.; Broker, T. A.; Browning, T. A.; Broz, M.; Bruna, E.; Bruno, G. E.; Budnikov, D.; Buesching, H.; Bufalino, S.; Buncic, P.; Busch, O.; Buthelezi, Z.; Caffarri, D.; Cai, X.; Caines, H.; Caliva, A.; Calvo Villar, E.; Camerini, P.; Canoa Roman, V.; Carena, F.; Carena, W.; Cariola, P.; Carminati, F.; Casanova DÃ­az, A.; Castillo Castellanos, J.; Casula, E. A. R.; Catanescu, V.; Caudron, T.; Cavicchioli, C.; Ceballos Sanchez, C.; Cepila, J.; Cerello, P.; Chang, B.; Chapeland, S.; Charvet, J. L.; Chattopadhyay, S.; Chattopadhyay, S.; Cherney, M.; Cheshkov, C.; Cheynis, B.; Chibante Barroso, V.; Chinellato, D. D.; Chochula, P.; Chojnacki, M.; Choudhury, S.; Christakoglou, P.; Christensen, C. H.; Christiansen, P.; Chujo, T.; Chung, S. U.; Cicalo, C.; Cifarelli, L.; Cindolo, F.; Claus, G.; Cleymans, J.; Colamaria, F.; Colella, D.; Coli, S.; Colledani, C.; Collu, A.; Colocci, M.; Conesa Balbastre, G.; Conesa Del Valle, Z.; Connors, M. E.; Contin, G.; Contreras, J. G.; Cormier, T. M.; Corrales Morales, Y.; Cortese, P.; CortÃ©s Maldonado, I.; Cosentino, M. R.; Costa, F.; Crochet, P.; Cruz Albino, R.; Cuautle, E.; Cunqueiro, L.; Dainese, A.; Dang, R.; Danu, A.; Da Riva, E.; Das, D.; Das, I.; Das, K.; Das, S.; Dash, A.; Dash, S.; De, S.; Decosse, C.; Delagrange, H.; Delo, A.; Dã©nes, E.; D'Erasmo, G.; De Barros, G. O. V.; De Caro, A.; De Cataldo, G.; De Cuveland, J.; De Falco, A.; De Gruttola, D.; De Marco, N.; De Pasquale, S.; De Robertis, G.; De Roo, K.; De Rooij, R.; Diaz Corchero, M. A.; Dietel, T.; Diviã , R.; Di Bari, D.; Di Liberto, S.; Di Mauro, A.; Di Nezza, P.; Djuvsland, O.; Dobrin, A.; Dobrowolski, T.; Domenicis Gimenez, D.; Dã¶nigus, B.; Dordic, O.; Dorheim, S.; Dorokhov, A.; Doziere, G.; Dubey, A. K.; Dubla, A.; Ducroux, L.; Dulinski, W.; Dupieux, P.; Dutta Majumdar, A. K.; Ehlers, R. J.; Elia, D.; Engel, H.; Erazmus, B.; Erdal, H. A.; Eschweiler, D.; Espagnon, B.; Estienne, M.; Esumi, S.; Evans, D.; Evdokimov, S.; Eyyubova, G.; Fabris, D.; Faivre, J.; Falchieri, D.; Fantoni, A.; Fasel, M.; Fehlker, D.; Feldkamp, L.; Felea, D.; Feliciello, A.; Feofilov, G.; Ferencei, J.; FernÃ¡ndez TÃ©llez, A.; Ferreiro, E. G.; Ferretti, A.; Festanti, A.; Figiel, J.; Figueredo, M. A. S.; Filchagin, S.; Finogeev, D.; Fionda, F. M.; Fiore, E. M.; Fiorenza, G.; Floratos, E.; Floris, M.; Foertsch, S.; Foka, P.; Fokin, S.; Fragiacomo, E.; Francescon, A.; Franco, M.; Frankenfeld, U.; Fuchs, U.; Furget, C.; Fusco Girard, M.; Gaardhã¸je, J. J.; Gagliardi, M.; Gajanana, D.; Gallio, M.; Gangadharan, D. R.; Ganoti, P.; Garabatos, C.; Garcia Solis, E.; Gargiulo, C.; Garishvili, I.; Gerhard, J.; Germain, M.; Gheata, A.; Gheata, M.; Ghidini, B.; Ghosh, P.; Ghosh, S. K.; Gianotti, P.; Giubilato, P.; Giubellino, P.; Gladysz Dziadus, E.; Glã¤ssel, P.; Gomez, R.; Gomez Marzoa, M.; GonzÃ¡lez Zamora, P.; Gorbunov, S.; Gã¶rlich, L.; Gotovac, S.; Graczykowski, L. K.; Grajcarek, R.; Greiner, L. C.; Grelli, A.; Grigoras, A.; Grigoras, C.; Grigoriev, V.; Grigoryan, A.; Grigoryan, S.; Grinyov, B.; Grion, N.; Grondin, D.; Grosse Oetringhaus, J. F.; Grossiord, J. Y.; Grosso, R.; Guber, F.; Guernane, R.; Guerzoni, B.; Guilbaud, M.; Gulbrandsen, K.; Gulkanyan, H.; Gunji, T.; Gupta, A.; Gupta, R.; Khan, K. H.; Haake, R.; Haaland, Ã. .; Hadjidakis, C.; Haiduc, M.; Hamagaki, H.; Hamar, G.; Hanratty, L. D.; Hansen, A.; Harris, J. W.; Hartmann, H.; Harton, A.; Hatzifotiadou, D.; Hayashi, S.; Heckel, S. T.; Heide, M.; Helstrup, H.; Hennes, E.; Herghelegiu, A.; Herrera Corral, G.; Hess, B. A.; Hetland, K. F.; Hicks, B.; Hillemanns, H.; Himmi, A.; Hippolyte, B.; Hladky, J.; Hristov, P.; Huang, M.; Hu Guo, C.; Humanic, T. J.; Hutter, D.; Hwang, D. S.; Igolkin, S.; Ijzermans, P.; Ilkaev, R.; Ilkiv, I.; Inaba, M.; Incani, E.; Innocenti, G. M.; Ionita, C.; Ippolitov, M.; Irfan, M.; Ivanov, M.; Ivanov, V.; Ivanytskyi, O.; Jacho lkowski, A.; Jadlovsky, J.; Jahnke, C.; Jang, H. J.; Janik, M. A.; Jayarathna, P. H. S. Y.; Jena, S.; Jimenez Bustamante, R. T.; Jones, P. G.; Jung, H.; Junique, A.; Jusko, A.; Kalcher, S.; Kalinak, P.; Kalweit, A.; Kamin, J.; Kang, J. H.; Kaplin, V.; Kar, S.; Karasu Uysal, A.; Karavichev, O.; Karavicheva, T.; Karpechev, E.; Kebschull, U.; Keidel, R.; Keil, M.; Ketzer, B.; Khan, M. Mohisin; Khan, P.; Khan, S. A.; Khanzadeev, A.; Kharlov, Y.; Kileng, B.; Kim, B.; Kim, D.; Kim, D. W.; Kim, D. J.; Kim, J. S.; Kim, M.; Kim, M.; Kim, S.; Kim, T.; Kirsch, S.; Kisel, I.; Kiselev, S.; Kisiel, A.; Kiss, G.; Klay, J. L.; Klein, J.; Klein BÃ¶sing, C.; Kluge, A.; Knichel, M. L.; Knospe, A. G.; Kobdaj, C.; Kofarago, M.; Kã¶hler, M. K.; Kollegger, T.; Kolojvari, A.; Kondratiev, V.; Kondratyeva, N.; Konevskikh, A.; Kovalenko, V.; Kowalski, M.; Kox, S.; Koyithatta Meethaleveedu, G.; Kral, J.; Krã¡lik, I.; Kramer, F.; Kraväã¡kovã¡, A.; Krelina, M.; Kretz, M.; Krivda, M.; Krizek, F.; Krus, M.; Krymov, E. B.; Kryshen, E.; Krzewicki, M.; Kuäera, V.; Kucheriaev, Y.; Kugathasan, T.; Kuhn, C.; Kuijer, P. G.; Kulakov, I.; Kumar, J.; Kurashvili, P.; Kurepin, A.; Kurepin, A. B.; Kuryakin, A.; Kushpil, S.; Kushpil, V.; Kweon, M. J.; Kwon, Y.; Ladron De Guevara, P.; Lagana Fernandes, C.; Lakomov, I.; Langoy, R.; Lara, C.; Lardeux, A.; Lattuca, A.; La Pointe, S. L.; La Rocca, P.; Lea, R.; Lee, G. R.; Legrand, I.; Lehnert, J.; Lemmon, R. C.; Lenhardt, M.; Lenti, V.; Leogrande, E.; Leoncino, M.; LeÃ³n MonzÃ³n, I.; Lesenechal, Y.; Lã©vai, P.; Li, S.; Lien, J.; Lietava, R.; Lindal, S.; Lindenstruth, V.; Lippmann, C.; Lisa, M. A.; Listratenko, O. M.; Ljunggren, H. M.; Lodato, D. F.; Loddo, F.; Loenne, P. I.; Loggins, V. R.; Loginov, V.; Lohner, D.; Loizides, C.; Lopez, X.; LÃ³pez Torres, E.; X. G., Lu; Luettig, P.; Lunardon, M.; Luo, J.; Luparello, G.; Luzzi, C.; M. Gago, A.; M. Jacobs, P.; Ma, R.; Maevskaya, A.; Mager, M.; Mahapatra, D. P.; Maire, A.; Malaev, M.; Maldonado Cervantes, I.; Malinina, L.; Mal'Kevich, D.; Maltsev, N. A.; Malzacher, P.; Mamonov, A.; Manceau, L.; Manko, V.; Manso, F.; Manzari, V.; Mapelli, A.; Marchisone, M.; Mareå¡, J.; Margagliotti, G. V.; Margotti, A.; Marã­n, A.; Marin Tobon, C. A.; Markert, C.; Marquard, M.; Marras, D.; Martashvili, I.; Martin, N. A.; Martinengo, P.; Martã­nez, M. I.; MartÃ­nez GarcÃ­a, G.; Martin Blanco, J.; Martynov, Y.; Mas, A.; Masciocchi, S.; Masera, M.; Maslov, M.; Masoni, A.; Massacrier, L.; Mastroserio, A.; Mattiazzo, S.; Matyja, A.; Mayer, C.; Mazer, J.; Mazumder, R.; Mazza, G.; Mazzoni, M. A.; Meddi, F.; Menchaca Rocha, A.; Mercado PÃ©rez, J.; Meres, M.; Miake, Y.; Mikhaylov, K.; Milano, L.; Milosevic, J.; Mischke, A.; Mishra, A. N.; Miåkowiec, D.; Mitu, C. M.; Mlynarz, J.; Mohanty, B.; Molnar, L.; Mongelli, M.; MontaÃ±o Zetina, L.; Montes, E.; Morando, M.; Moreira De Godoy, D. A.; Morel, F.; Moretto, S.; Morreale, A.; Morsch, A.; Muccifora, V.; Mudnic, E.; Muhammad Bhopal, F.; Muhuri, S.; Mukherjee, M.; Mã¼ller, H.; Munhoz, M. G.; Murray, S.; Musa, L.; Musinsky, J.; Nandi, B. K.; Nania, R.; Nappi, E.; Nattrass, C.; Nayak, T. K.; Nazarenko, S.; Nedosekin, A.; Nicassio, M.; Niculescu, M.; Nielsen, B. S.; Nikolaev, S.; Nikulin, S.; Nikulin, V.; Nilsen, B. S.; Noferini, F.; Nomokonov, P.; Nooren, G.; Nyanin, A.; Nystrand, J.; Oeschler, H.; Oh, S.; S. K., Oh; Okatan, A.; Olah, L.; Oleniacz, J.; Oliveira Da Silva, A. C.; Onderwaater, J.; Oppedisano, C.; Ortiz Velasquez, A.; Oskarsson, A.; Otwinowski, J.; Oyama, K.; Pachmayer, Y.; Pachr, M.; Pagano, P.; Paiä, G.; Painke, F.; Pajares, C.; Pal, S. K.; Palmeri, A.; Panati, S.; Pant, D.; Pantano, D.; Papikyan, V.; Pappalardo, G. S.; Park, W. J.; Passfeld, A.; Pastore, C.; Patalakha, D. I.; Paticchio, V.; Paul, B.; Pawlak, T.; Peitzmann, T.; Pereira Da Costa, H.; Pereira De Oliveira Filho, E.; Peresunko, D.; PÃ©rez Lara, C. E.; Peryt, W.; Pesci, A.; Pestov, Y.; Petagna, P.; Petrã¡äek, V.; Petran, M.; Petris, M.; Petrovici, M.; Petta, C.; Pham, H.; Piano, S.; Pikna, M.; Pillot, P.; Pinazza, O.; Pinsky, L.; Piyarathna, D. B.; Poskoå, M.; Planinic, M.; Pluta, J.; Pochybova, S.; Podesta Lerma, P. L. M.; Poghosyan, M. G.; Pohjoisaho, E. H. O.; Polichtchouk, B.; Poljak, N.; Pop, A.; Porteboeuf Houssais, S.; Porter, J.; Pospisil, V.; Potukuchi, B.; Prasad, S. K.; Preghenella, R.; Prino, F.; Protsenko, M. A.; Pruneau, C. A.; Pshenichnov, I.; Puddu, G.; Puggioni, C.; Punin, V.; Putschke, J.; Qvigstad, H.; Rachevski, A.; Raha, S.; Rak, J.; Rakotozafindrabe, A.; Ramello, L.; Raniwala, R.; Raniwala, S.; Rã¤sã¤nen, S. S.; Rascanu, B. T.; Rasson, J. E.; Rathee, D.; Rauf, A. W.; Razazi, V.; Read, K. F.; Real, J. S.; Redlich, K.; Reed, R. J.; Rehman, A.; Reichelt, P.; Reicher, M.; Reidt, F.; Renfordt, R.; Reolon, A. R.; Reshetin, A.; Rettig, F.; Revol, J. P.; Reygers, K.; Riabov, V.; Ricci, R. A.; Richert, T.; Richter, M.; Riedler, P.; Riegler, W.; Riggi, F.; Rivetti, A.; Rocco, E.; RodrÃ­guez Cahuantzi, M.; Rodriguez Manso, A.; Rã¸ed, K.; Rogochaya, E.; Rohni, S.; Rohr, D.; Rã¶hrich, D.; Romita, R.; Ronchetti, F.; Ronette, L.; Rosnet, P.; Rossegger, S.; Rossewij, M. J.; Rossi, A.; Roudier, S.; Rousset, J.; Roy, A.; Roy, C.; Roy, P.; Rubio Montero, A. J.; Rui, R.; Russo, R.; Ryabinkin, E.; Ryabov, Y.; Rybicki, A.; Sacchetti, M.; Sadovsky, S.; Å afaåã­k, K.; Sahlmuller, B.; Sahoo, R.; Sahu, P. K.; Saini, J.; Salgado, C. A.; Salzwedel, J.; Sambyal, S.; Samsonov, V.; Sanchez Castro, X.; SÃ¡nchez RodrÃ­guez, F. J.; Å ã¡ndor, L.; Sandoval, A.; Sano, M.; Santagati, G.; Santoro, Romualdo; Sarkar, D.; Scapparone, E.; Scarlassara, F.; Scharenberg, R. P.; Schiaua, C.; Schicker, R.; Schipper, J. D.; Schmidt, C.; Schmidt, H. R.; Schuchmann, S.; Schukraft, J.; Schulc, M.; Schuster, T.; Schutz, Y.; Schwarz, K.; Schweda, K.; Scioli, G.; Scomparin, E.; Scott, P. A.; Scott, R.; Segato, G.; Seger, J. E.; Selyuzhenkov, I.; Senyukhov, S.; Seo, J.; Serradilla, E.; Sevcenco, A.; Sgura, I.; Shabetai, A.; Shabratova, G.; Shahoyan, R.; Shangaraev, A.; Sharma, N.; Sharma, S.; Shigaki, K.; Shtejer, K.; Sibiriak, Y.; Siddhanta, S.; Siemiarczuk, T.; Silvermyr, D.; Silvestre, C.; Simatovic, G.; Singaraju, R.; Singh, R.; Singha, S.; Singhal, V.; Sinha, B. C.; Sinha, T.; Sitar, B.; Sitta, M.; Skaali, T. B.; Skjerdal, K.; Smakal, R.; Smirnov, N.; Snellings, R. J. M.; Snoeys, W.; Sã¸gaard, C.; Soltz, R.; Song, J.; Song, M.; Sooden, V.; Soramel, F.; Sorensen, S.; Spacek, M.; Å palek, J.; Spiriti, E.; Sputowska, I.; Spyropoulou Stassinaki, M.; Srivastava, B. K.; Stachel, J.; Stan, I.; Stefanek, G.; Steinpreis, M.; Stenlund, E.; Steyn, G.; Stiller, J. H.; Stocco, D.; Stolpovskiy, M.; Strmen, P.; Suaide, A. A. P.; Subieta Vasquez, M. A.; Sugitate, T.; Suire, C.; Suleymanov, M.; Å uljiä, M.; Sultanov, R.; Å umbera, M.; Sun, X.; Susa, T.; Symons, T. J. M.; Szanto De Toledo, A.; Szarka, I.; Szczepankiewicz, A.; Szymanski, M.; Takahashi, J.; Tangaro, M. A.; Tapia Takaki, J. D.; Tarantola Peloni, A.; Tarazona Martinez, A.; Tauro, A.; Tejeda MuÃ±oz, G.; Telesca, A.; Terrevoli, C.; Ter Minasyan, A.; Thã¤der, J.; Thomas, D.; Tieulent, R.; Timmins, A. R.; Toia, A.; Torii, H.; Trubnikov, V.; Trzaska, W. H.; Tsuji, T.; Tumkin, A.; Turchetta, R.; Turrisi, R.; Tveter, T. S.; Tymchuk, I. T.; Ulery, J.; Ullaland, K.; Uras, A.; Usai, G. L.; Vajzer, M.; Vala, M.; Valencia Palomo, L.; Valentino, V.; Valin, I.; Vallero, S.; Vande Vyvre, P.; Vannucci, L.; Van Der Maarel, J.; Van Hoorne, J. W.; Van Leeuwen, M.; Vargas, A.; Varma, R.; Vasileiou, M.; Vasiliev, A.; Vasta, P.; Vechernin, V.; Veldhoen, M.; Velure, A.; Venaruzzo, M.; Vercellin, E.; Vergara LimÃ³n, S.; Verlaat, B.; Vernet, R.; Verweij, M.; Vickovic, L.; Viesti, G.; Viinikainen, J.; Vilakazi, Z.; Villalobos Baillie, O.; Vinogradov, A.; Vinogradov, L.; Vinogradov, Y.; Virgili, T.; Viyogi, Y. P.; Vodopyanov, A.; Vã¶lkl, M. A.; Voloshin, K.; Voloshin, S. A.; Volpe, G.; Von Haller, B.; Vorobyev, I.; Vranic, D.; Vrlã¡kovã¡, J.; Vulpescu, B.; Vyushin, A.; Wagner, B.; Wagner, J.; Wagner, V.; Wang, M.; Wang, Y.; Watanabe, D.; Weber, M.; Wessels, J. P.; Westerho, U.; Wiechula, J.; Wikne, J.; Wilde, M.; Wilk, G.; Wilkinson, J.; Williams, M. C. S.; Windelband, B.; Winn, M.; Winter, M.; Xiang, C.; Yaldo, C. G.; Yamaguchi, Y.; Yang, H.; Yang, P.; Yang, S.; Yano, S.; Yasnopolskiy, S.; Yi, J.; Yin, Z.; Yoo, I. K.; Yushmanov, I.; Zaccolo, V.; Zach, C.; Zaman, A.; Zampolli, C.; Zaporozhets, S.; Zarochentsev, A.; Zã¡vada, P.; Zaviyalov, N.; Zbroszczyk, H.; Zgura, I. S.; Zhalov, M.; Zhang, F.; Zhang, H.; Zhang, X.; Zhang, Y.; Zhao, C.; Zherebchevsky, V. I.; Zhou, D.; Zhou, F.; Zhou, Y.; Zhu, H.; Zhu, J.; Zhu, J.; Zhu, X.; Zichichi, A.; Zimmermann, A.; Zimmermann, M. B.; Zinovjev, G.; Zoccarato, Y.; Zynovyev, M.; Zyzak, M.

doi:10.1088/0954-3899/41/8/087002

ALICE (A Large Ion Collider Experiment) is studying the physics of strongly interacting matter, and in particular the properties of the Quark-Gluon Plasma (QGP), using proton-proton, proton-nucleus and nucleus-nucleus collisions at the CERN LHC (Large Hadron Collider). The ALICE Collaboration is preparing a major upgrade of the experimental apparatus, planned for installation in the second long LHC shutdown in the years 2018-2019. A key element of the ALICE upgrade is the construction of a new, ultra-light, high-resolution Inner Tracking System (ITS) based on monolithic CMOS pixel detectors. The primary focus of the ITS upgrade is on improving the performance for detection of heavy-flavour hadrons, and of thermal photons and low-mass di-electrons emitted by the QGP. With respect to the current detector, the new Inner Tracking System will significantly enhance the determination of the distance of closest approach to the primary vertex, the tracking efficiency at low transverse momenta, and the read-out rate capabilities. This will be obtained by seven concentric detector layers based on a 50 Î¼m thick CMOS pixel sensor with a pixel pitch of about 30Ã30 Î¼m2. This document, submitted to the LHCC (LHC experiments Committee) in September 2013, presents the design goals, a summary of the R&D activities, with focus on the technical implementation of the main detector components, and the projected detector and physics performance. Â© 2014 CERN on behalf of The ALICE Collaboration.