El gran colisionador de hadrones (LHC), un instrumento científico monumental, acelera las partículas a casi la velocidad de la luz antes de que chocen y producen un torbellino de energía y partículas que podrían desbloquear secretos sobre los bloques de construcción fundamentales del universo. Sin embargo, esta investigación innovadora significa desafíos considerables, principalmente debido al entorno duro dentro del túnel circular de 17 millas de largo del LHC.
Las colisiones de partículas generan enormes cantidades de datos y golpes de radiación intensa, lo que puede interrumpir o dañar fácilmente los componentes electrónicos convencionales. Este es un desafío serio para los científicos en el CERN mientras se profundizan en los misterios alrededor del bosón de Higgs y otras partículas básicas. Los componentes electrónicos listos estándar a menudo no pueden resistir los niveles de radiación en el pedal del acelerador, de modo que los fabricantes comerciales se disuaden para desarrollar circuitos resistentes a la radiación. El mercado limitado para tales componentes especializados conduce a una dependencia de las instituciones académicas para soluciones.
Un equipo de la Universidad de Columbia tiene un equipo de la Universidad de Columbia, dirigido por Peter Kinget, diseñó chips de silicio especializados que han sido hechos a medida para uno de los entornos más exigentes en física de partículas. Kinget, profesor de ingeniería eléctrica, enfatizó la importancia de la cooperación entre físicos e ingenieros y señaló que sus esfuerzos colectivos podrían anunciar la siguiente ola de descubrimientos en el LHC.
El equipo de Columbia ha desarrollado convertidores analógicos digitales (ADC) ajustados, que son esenciales para registrar las señales eléctricas generadas por las colisiones de partículas y convertirlos en datos digitales que sean adecuados para el análisis. Dentro del detector Atlas, un instrumento importante en el LHC, estas chips ADC delicadas señales analógicas se traducen en mediciones digitales precisas. Rui (Ray) Xu, un Ph.D. El estudiante que ha estado involucrado en el proyecto desde sus estudios no graduados explicó que descubrieron que los componentes convencionales simplemente fallaron bajo la intensa radiación y se dieron cuenta de que se necesitaba una solución adaptada.
En lugar de hacer métodos de producción completamente nuevos, el equipo utilizó procesos semiconductores existentes que ya fueron validados por el CERN para la resistencia a la radiación. Mejoraron los diseños de chips tradicionales utilizando técnicas de circuito innovadoras para minimizar el daño por radiación y desarrollaron sistemas digitales que pueden detectar y corregir errores en tiempo real. Los chips resultantes son lo suficientemente robustos como para soportar las condiciones extremas en el LHC durante más de diez años.
Dos importantes chips ADC diseñados por Columbia desempeñarán un papel crucial en las próximas actualizaciones electrónicas del experimento Atlas. El primero es el desencadenante ADC, que ha estado operativo en el CERN desde su validación en 2022.
El segundo chip, el ADC de adquisición de datos, ha completado recientemente su fase de prueba y ahora está en plena producción. Digitalizará precisamente las señales seleccionadas por el desencadenante ADC y es crucial para más exploraciones de fenómenos como el Bosón Higgs, una partícula cuyas propiedades han seguido presentando preguntas científicas desde el descubrimiento en CERN en 2012.
Ambos chips ADC son un ejemplo de la asociación exitosa entre ingenieros y físicos y enfatizan el carácter de cooperación del progreso científico contemporáneo. El proyecto también ha promovido la cooperación en múltiples instituciones, con ingenieros de Columbia y la Universidad de Texas, Austin, junto con físicos de los Nevis Laboratories de Columbia y más allá.
A medida que la investigación en el CERN evoluciona, estos componentes diseñados por Columbia están listos para mejorar los sistemas de adquisición de datos, lo que fortalece los esfuerzos de los físicos para impulsar los límites de la comprensión científica actual.
, a monumental scientific instrument, accelerates particles to nearly the speed of light before they collide, producing a){kind=link}