Chip, der er udviklet af brasilianske forskere, er en del af LHC -opgraderingen

En brasiliansk chip vil blive brugt til at opgradere detektionssystemet, der bruges i A Large Ion Collider Experiment (ALICE), et af de fire store forsøg på Large Hadron Collider (LHC), verdens mest kraftfulde partikelaccelerator, ligger på den fransk-schweiziske grænse. Chippen hedder SAMPA og blev designet på University of São Paulo's Engineering School (Poli-USP) i Brasilien.

SAMPA er blevet testet i flere lande og analyseret af en international ekspertgruppe. Det bestod med glans og modtog grønt lys for storstilet fremstilling. Taiwan-baserede TSMC vil producere alle 88, 000 enheder, der kræves for at opgradere ALICE.

"De nye chips vil blive brugt til at instrumentere to af ALICE's detektorer:TPC [Time Projection Chamber] og MCH [Muon Chamber], "siger Munhoz, lektor med habilitering ved USP's Physics Institute (IFUSP) og en af ​​de førende forskere bag chipens udvikling. "TPC sporer de ladede partikler produceret i LHC. MCH måler specifikt muoner."

Det er værd at huske her, at muonen er en elementarpartikel, der ligner elektronen, også med en elektrisk ladning på? 1e og et spin på 1/2, men med 200 gange dens masse. Muonen er klassificeret som en lepton.

Udviklingen af ​​SAMPA havde støtte fra Sao Paulo Research Foundation.

Forståelse af SAMPAs rolle i ALICE

Munhoz forklarede, hvordan TPC fungerer og SAMPAs rolle i enheden. TPC er ALICEs vigtigste detektionssystem. Den består dybest set af to koncentriske cylindre, den største er 5 m i længden og 5 m i diameter. Området mellem de to cylindre lukkes i begge ender og fyldes med gas. Partikelstrålerne, der er bestemt til at kollidere, bevæger sig langs kanaler inde i den mindre cylinder, hvor miljøet overvejende er vakuum.

Ionkollisionerne producerer tusindvis af partikler, som passerer gennem væggen af ​​den indre cylinder, ionisere gasatomerne, og passere gennem den ydre cylinder, før den absorberes.

Der anvendes en stor elektrisk potentialforskel mellem de lukkede ender. Dette slår elektroner af gasmolekylerne, derefter drives elektronerne til hver ende af cylinderen. Afgifternes position bestemmes, og fra disse, stierne og arten af ​​partiklerne, der produceres i kollisionerne, identificeres.

For at bestemme placeringen af ​​hits og hændelsesladningsværdier, enderne af cylinderen er dækket med gitre omfattende mere end 500, 000 puder eller kanaler. Hvert sæt med 32 kanaler vil blive instrumenteret med en SAMPA -chip. MCH fungerer noget anderledes, men princippet er det samme.

SAMPA optimerer processcanningen to gange området

"Det arbejde, der udføres af hver chip, er at læse hændelsesafgifterne op, transformere aflæsningen til et spændingssignal, konvertere signalet fra analogt til digitalt, udføre intern digital behandling, og sende oplysningerne til eksterne processorer, "siger Munhoz, der koordinerer det FAPESP-finansierede temaprojekt. "Alle chips, der fungerer sammen, vil producere de berømte billeder af kollisioner, der viser jetfly af tusindvis af partikler, som hver især følger en bestemt vej. "

SAMPA erstatter den nuværende generation af chips, der bruges i ALICE. I den eksisterende konfiguration, to chips er nødvendige for hvert sæt med 16 kanaler:den ene læser kun afgifter og genererer det tilsvarende spændingssignal, mens den anden konverterer det analoge signal til bits og udfører digital forbehandling af bitene. Med meget mere kompakt elektronik, en SAMPA -chip udfører både operationer og behandler 32 kanaler i stedet for 16.

Når chipsene er blevet produceret i Taiwan, de vil blive testet en efter en i Sverige. De installeres i ALICE i 2019-20, når hele LHC vil gennemgå en opgradering for at øge kollisionshastigheden mellem blykerner med en faktor 100.

"Dette i sig selv gør SAMPA nødvendig, fordi det eksisterende udstyr ikke ville være i stand til at klare en så stor stigning i kollisionshastigheden, "Sagde Munhoz." I dag, ALICE opererer med 500 kollisioner i sekundet. I 2021, det forventes at fungere ved 50, 000 kollisioner i sekundet. Forskerne forudser, at dette vil øge sandsynligheden for sjældne hændelser, såsom produktion af tungere kvarker eller dannelse af lyselementantikerner. "

Hovedfokus for ALICE er undersøgelsen af ​​kvark-gluonplasma, som dannes, når meget høje energiniveauer bryder bindingerne mellem kvarker og gluoner, så de ikke længere er begrænset til hadroner (protoner, neutroner, mesoner) og bevæge sig frit.

"For to årtier siden, ingen vidste, om et sådant plasma virkelig fandtes, "Sagde Munhoz." I midten af ​​2000'erne, med de første forsøg udført på RHIC på Brookhaven National Laboratory i USA, det videnskabelige samfund blev overbevist om, at der kunne produceres kvark-gluonplasma i laboratoriet. Vi går nu ind i en fase med større præcision, hvor vi leder efter mere præcise målinger for at opnå en dybere forståelse af egenskaberne af dette plasma. Den øgede kollisionsfrekvens i LHC burde gøre dette muligt. "

Ifølge Van Noije, FAPESP's støtte har været grundlæggende for at bringe projektet i opfyldelse. Han forventer, at udviklingen af ​​SAMPA i Brasilien effektivt bidrager til fremtidige målinger af ALICE, gør det muligt for det internationale videnskabelige samfund at få meget mere data og en dybere forståelse af materiens grundlæggende karakter og, i forlængelse, af selve universet.