Cientistas concluem nova versão de chip que integrará experimento do LHC

Nesta versão do circuito integrado, mais robusta, será investido mais R$ 1 milhão, com recursos da Fapesp. Chip será usado em experimento do Large Hadron Collider (LHC), o maior colisor de partículas do mundo

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O experimento Alice - Foto: Antonio Saba/Cern
No experimento Alice, do LHC, serão realizadas medidas de colisões de íons pesados, onde serão utilizados os chips   – Foto: Antonio Saba/Cern

Cientistas do Instituto de Física (IF) e da Escola Politécnica (Poli), ambos da USP, deverão concluir, no início do próximo ano, a terceira versão do chip Sampa. O pequeno circuito integrado — que mede apenas 9,6 milímetros (mm) x 9 mm — é feito em silício e será utilizado em um dos experimentos do Large Hadron Collider (LHC), o maior colisor de partículas do mundo. O chip foi desenvolvido na USP sob a coordenação dos professores Marcelo Gameiro Munhoz, do Departamento de Física Nuclear do IF, Marco Bregant, também do IF, Wilhelmus Van Noije, do Laboratório de Sistemas Integráveis (LSI), do Departamento de Engenharia de Sistemas Eletrônicos da Escola Politécnica (Poli) da USP, e pelos engenheiros Hugo Hernandez, Bruno Sanches, Tiago Weber, Armando Ayala, Dionísio Carvalho e André Couto, todos do LSI, e vem sendo produzido em Taiwan.

Marcelo Gameiro Munhoz fala sobre o protótipo - Foto: Marcos Santos/USP Imagens
Marcelo Gameiro Munhoz fala sobre o protótipo – Foto: Marcos Santos/USP Imagens

O Sampa será utilizado no experimento Alice do LHC, onde serão realizadas medidas de colisões de íons pesados (mais especificamente, o chumbo) para se estudar o chamado plasma de quarks e gluons, que corresponde a um novo estado da matéria composto dos elementos mais básicos da matéria. No Alice estes elementos não estariam mais confinados nos hádrons, formando um plasma (ou uma “sopa”) de partículas. “A ideia é reproduzir em laboratório um novo estado da matéria que teria existido poucos microssegundos após a grande explosão ou big-bang”, explica Munhoz. E é justamente nesta estrutura que o chip Sampa será fundamental para compor os equipamentos que irão registrar (fotografar) com precisão o momento exato de tais colisões.

“Esta terceira versão foi aperfeiçoada em alguns detalhes em relação à segunda, que concluímos em 2014”, descreve o cientista. Segundo ele, o chip anterior possuía apenas alguns blocos do chip e três canais de leitura. O circuito atual possui 32 canais, o que aumenta a sua capacidade de leitura e transmissão de dados. “Mesmo sendo mais completo, o chip atual poderá passar ainda por mais algumas transformações. O equipamento ainda será testado até a sua conclusão e certamente serão necessários pequenos ajustes”, avisa. Os testes são realizados nos laboratórios da USP, da Unicamp e da Faculdade de Engenharia Industrial (FEI), de São Bernardo do Campo, para testes de tolerância à radiação. Desde a primeira versão, o chip vem sendo testado também em institutos da Noruega, Suécia, EUA, Rússia e França.

No Alice, o chip deverá instrumentalizar o detector Time Projection Chamber (TPC), o principal sistema de reconstrução de trajetórias das partículas do experimento. “A estrutura pode ser comparada a um barril, com cerca de 5 m de diâmetro por 5 m de comprimento. É onde o chip será conectado para detectar o alto número de colisões”, descreve Munhoz. Ele explica que o TPC possui uma câmera com gás que, ao ser atravessado por uma partícula, é ionizado. “Um sensor, situado na extremidade dos detectores, multiplica o número de elétrons arrancados do gás e gera um pulso de carga que é captado por um conjunto de chips, que processa e retransmite os sinais para serem analisados.”

Foto da nova versão do chip Sampa – Foto: Marcos Santos/USP Imagens

Financiamento

Os investimentos feitos nas primeira e segunda versões foram da ordem de R$ 2 milhões. “Para a terceira etapa será investido mais R$ 1 milhão”, calcula Munhoz. Os recursos são da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), coordenados pelo professor Wilhelmus Van Noije. O cientista avisa que deverão ser fabricados cerca de 80 mil chips para o experimento ALICE, que também serão financiados pela Fapesp. Além disso, ele ressalta que o Sampa também vem sendo testado por um laboratório dos EUA, o Brookhaven National Laboratory, em outro experimento chamado STAR. “Deveremos produzir outros 10 mil chips para o laboratório norte-amerciano, que pretende testar o chip diretamente no experimento já no ano que vem”, diz o cientista.

LHC

O LHC está localizado entre a França e a Suíça. Inaugurado em 2008, o sistema forma um anel subterrâneo de 27 quilômetros de circunferência por onde circulam prótons em direções opostas e que são acelerados a velocidades próximas à da luz, colidindo entre si e provocando uma grande liberação de energia na escala microscópica. Esta energia é transformada em massa na forma de partículas. Uma delas é o bóson de Higgs — partícula que explica a origem da massa das partículas elementares —, cuja existência foi comprovada em 2012.

Mais informações: (11) 3091-6678, com o professor Marcelo Gameiro Munhoz

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