Greater Hadron Collider (LHC) é forte para eletrônicos. Localizada em um túnel de 17 milhas de comprimento em círculo sob a fronteira da Suíça e da França, esses enormes materiais científicos aceleram a velocidade da luz antes que as partículas sejam cortadas. As colisões fornecem aos pequenos frutos de partículas e energia que indicam as respostas para as perguntas básicas sobre os blocos de construção da substância.
Essas colisões produzem muitos dados – e radiação adequada para embarcar nos bits e na lógica em quase qualquer parte do equipamento eletrônico.
Ele tenta aprofundar o mistério de Higgs Boson e outras partículas básicas, bem como um desafio para os físicos do CERN. Os elementos fora de prateleira podem não apenas sobreviver às condições estritas dentro do acelerador e o mercado é muito pequeno para circuitos resistentes à radiação para induzir fabricantes de chips comerciais.
Bernard J do Departamento de Engenharia Elétrica da Columbia Engineering. “As próximas descobertas com LHC serão desencadeadas por um chip de Columbia e medidas por outra”.
Kingt lidera uma equipe que projeta chips de silício especializados que coletam dados em um dos ambiente mais rigoroso e mais importante da física de partículas. Este projeto descreve seu artigo recente em 1º de julho Jornal aberto da IEEE Solid-State Circuit Society.
De acordo com John Pessoas e John Pessoas, professor de física da Universidade de Columbia e John Pessoas, um grande número de recargas do LHC, de acordo com o líder da equipe da Colômbia, John Pessoas, “esse tipo de apoio à nossa capacidade de explorar questões básicas sobre o universo é muito importante”.
Circuitos que impedem a radiação
Os dispositivos projetados para a equipe são chamados de conversor analógico-digital ou ADC. Seu trabalho é capturar os sinais elétricos produzidos pela colisão de partículas dentro dos detectores do CERN e os traduzi em dados digitais que os pesquisadores podem analisar.
No detector de atlas, os pulsos elétricos produzidos por colisão de partículas são medidos usando um dispositivo chamado calorímetro de argônio líquido. Esse imenso tanque do argônio ultra-frio captura traços de inversor que passam por cada partícula. Os chips ADC da Colômbia convertem esses sinais analógicos finos em medições digitais específicas, capturando quaisquer detalhes que não possam gravar um elemento existente de maneira confiável.
“Testamos os elementos comerciais padrão e eles haviam acabado de morrer. A radiação foi muito intensa”, o estudante de doutorado em engenharia da Columbia Rui (RI) trabalha nesse projeto desde que se formou na Universidade do Texas. “Percebemos que, se quiséssemos fazer algo assim, precisamos projetar você mesmo”.
Projetando confiabilidade de “alta dependência”
Em vez de criar um novo método de fabricação totalmente, a parte usa os processos de semicondutores comerciais legais do CERN para impedir a radiação e aplica técnicas inovadoras no nível do circuito. Eles cuidaram da arquitetura e layouts do circuito com cautela para reduzir os danos à radiação e criar sistemas digitais, que detectam e corrigem automaticamente os defeitos em tempo real. Seus resultados são elásticos o suficiente para suportar uma situação anormalmente séria no LHC por mais de uma década.
Espera-se que os dois chips ADC não notáveis de Columbia sejam consolidados nos eletrônicos do Exame Atlas. O primeiro conhecido como Trigger ADC já está funcionando no CERN. Este chip, descrito inicialmente em 2017 e validado em 2022, permite que o sistema de gatilho filtra cerca de um bilhão de colisões por segundo e instantaneamente selecione os eventos mais comprometidos cientificamente. Ele atua como um gatekeeper digital para determinar o que é desejável para uma investigação mais profunda.
O segundo chip, a ADC de aquisição de dados, passou recentemente em seus testes finais e agora está em toda a produção. No início deste ano, o chip descrito no artigo IEEE será instalado como parte da próxima atualização do LHC. Definitivamente, digitalizará sinais selecionados, permitirá que os físicos explorem eventos como Higgs Boson, cuja invenção foi intitulada no CRN em 2002, e guiou o Prêmio Nobel de Física em 28, mas as características exatas ainda têm mistério.
Ambos os chips representam cooperação direta entre físicos básicos e engenheiros.
“A oportunidade de contribuir diretamente para a ciência básica como engenheiro faz esse projeto especialmente”, disse Joo.
Ele criou oportunidades de cooperar em várias organizações. Os chips foram projetados pelos médicos da Universidade da Colômbia e pelos físicos de Austin na Universidade do Texas, com engenheiros elétricos da Colômbia e da Universidade de Austin do Texas.
Na National Science Foundation e no Departamento de Energia, as fichas da Colômbia desempenharam um papel central com uma ampla cooperação internacional com os Laboratórios da Colômbia Nevis. Como pesquisa sobre o progresso do CERN, os componentes notáveis da Colômbia contribuirão para o sistema de aquisição de dados que ajudam a analisar o evento além dos limites atuais dos físicos.
