Gran Headon más frío (LHC) es apretado en la electrónica. Ubicado dentro de un túnel de 17 millas que se extiende debajo de la frontera entre Suiza y Francia, este gran dispositivo científico acelera partículas cerca de la velocidad de la luz antes de romperse. La colisión contiene pequeñas partes de partículas y energía que apuntan a las preguntas básicas sobre los bloques de construcción del material.
Estas colisiones producen una gran cantidad de datos.
Ofrece un desafío para los físicos del CERN mientras intentan investigar el misterio de Hughes Bosan y otras partículas básicas. Los componentes del estante no pueden sobrevivir fácilmente a las duras condiciones dentro del acelerador, y el mercado para los circuitos que evitan la radiación es muy poca para atraer inversiones de los fabricantes de chips comerciales.
“La industria no puede justificar este esfuerzo, por lo que según Bernard J. Leachner, ingeniería eléctrica en la ingeniería de Columbia, la academia tuvo que tomar medidas”. “Los próximos descubrimientos realizados con el LHC se movilizarán a través de un chip de Columbia y serán medidos por el otro”.
Kangat guía al equipo que diseñó chips de silicio especiales que recopilan datos en uno de los entornos más difíciles e importantes en la física de las partículas. Su reciente disertación, explicando el proyecto, se publicó el 1 de julio. Revista Abierta de la Sociedad Solid State Circus Society.
Según John Parsins, profesor de la física de la Universidad de Columbia, que trabaja en el detector de Atlas, uno de los dispositivos a gran escala de LHC, “tal cooperación entre médicos e ingenieros es muy importante para avanzar en nuestra capacidad de descubrir las preguntas básicas sobre el universo”. “Desarrollar el último dispositivo es muy importante para nuestro éxito”.
Circuitos que resisten la radiación
Los dispositivos diseñados por el equipo se llaman convertidores digitales o ADC. Su trabajo es capturar los gestos eléctricos fabricados por la colisión de partículas dentro de los detectores del CERN y traducirlos en datos digitales que los investigadores puedan analizar.
En el detector de Atlas, los pulsos eléctricos producidos por la colisión de partículas se miden utilizando un dispositivo llamado argón líquido caloria. Este enorme tanque de argón ultra frío recibe el rastro electrónico de cada partícula que pasa. Los chips ADC de Colombia convierten estas delicadas señales analógicas en mediciones digitales precisas y capturan detalles que ningún componente actual puede registrar de manera confiable.
“Probamos ingredientes comerciales estándar, y acaban de morir”, dice el estudiante de doctorado de ingeniería de Colombia Royi (Ray). “Sentimos que si quisiera hacer algo, tendríamos que diseñarlo nosotros mismos”.
Diseñar fiabilidad “alta precisión”
En lugar de crear métodos de fabricación completamente nuevos, el equipo utilizó el proceso de un semiconductor comercial verificado por el CERN para resistir la radiación y aplicar técnicas de nivel de circuito modernos. Organizaron cuidadosamente la selección de componentes y la arquitectura y configuración del circuito de tamaño para minimizar el daño a la radiación y crear un sistema digital que detecte y corrija automáticamente los errores en tiempo real. El diseño resultante es bastante flexible para hacer frente a condiciones severas inusuales en LHC durante más de una década.
Se espera que dos chips ADC diseñados por Colombia se integren en la electrónica mejorada de la experiencia Atlas. Primero, llamado Trigger ADC, ya está trabajando en el CERN. Este chip, inicialmente descrito en 2017, y se confirma en 2022, que permite que el sistema de activación seleccione inmediatamente solo eventos científicamente prometedores para filtrar y registrar mil millones de colisiones cada segundo. Actúa como un guardián de la puerta digital, que se decide por lo que es bueno para una investigación profunda.
Segundo chip, la adquisición de datos ADC pasó recientemente su última prueba y ahora está en plena producción. El chip, que se describió en el artículo IEEE a principios de este año, se instalará como parte de la próxima actualización de LHC. Digitalmente digitalizará las señales seleccionadas, lo que permitirá a los físicos encontrar un fenómeno como Hughes Bosan, que se descubrió en el CERN en 2012 y condujo al Premio Nobel de Física en 2013, pero cuyas características verdaderas aún son misteriosas.
Ambos chips representan dicha cooperación directa entre físicos básicos e ingenieros.
“Como ingeniero, la oportunidad de contribuir directamente en la ciencia básica es eso, lo que hace que el proyecto sea especial”.
Creó oportunidades para la cooperación en varias instituciones más. Los ingenieros eléctricos en Colombia y las papas fritas en la Universidad de Texas fueron diseñados por los Laboratorios de Nevis de Colombia e ingenieros eléctricos en estrecha cooperación con los físicos de la Universidad de Texas, Austin.
Con el apoyo financiero a través de la National Science Foundation y el Departamento de Energía, los chips de Columbia juegan un papel central en una cooperación internacional más amplia, que está conectada por los Laboratorios Nevis de Colombia. Como una investigación sobre avances del CERN, los componentes de Colombia serán útiles en el sistema de adquisición de datos que ayuda a los médicos a analizar fenómenos más allá de los límites actuales del conocimiento.
