Desenvolvimento de instrumentação científica para o experimento ALICE do LHC-CERN

• Processo: 14/12664-3
• Linha de fomento: Auxílio à Pesquisa - Projetos Especiais
• Vigência: 01 de novembro de 2015 - 31 de outubro de 2019
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física das Partículas Elementares e Campos
• Pesquisador responsável: Wilhelmus Adrianus Maria van Noije
• Beneficiário: Wilhelmus Adrianus Maria van Noije
• Instituição-sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo, SP, Brasil
• Pesquisadores principais: Marcelo Gameiro Munhoz
• Pesq. associados: Alexandre Alarcon Do Passo Suaide ; Bruno Cavalcante de Souza Sanches ; Claudio Antonio Federico ; Danielle Magalhães Moraes ; Francisco de Assis Souza ; João Navarro Soares Júnior ; Jun Takahashi ; Marco Bregant ; Mauricio Moralles ; Mauro Rogerio Cosentino ; Nelson Carlin Filho ; Odair Lelis Gonçalez ; Rogerio Moreira Cazo ; Vilson Rosa de Almeida
• Bolsa(s) vinculada(s): 17/16605-0 - Implementação e integração do layout de topo do SAMPA ASIC, análise de IR Drop e eletromigração antes da produção final, teste e validação do ASIC SAMPA, BP.TT; 17/12345-3 - Verificação funcional e testes experimentais do circuito integrado SAMPA desenvolvido para instrumentação científica do experimento ALICE (LHC-CERN), BP.TT; 16/12833-5 - Desenvolvimento de instrumentação científica para o experimento ALICE do LHC-CERN: projeto da parte analógica, AMS, e teste de protótipos, BP.TT; + mais bolsas vinculadas 15/23337-6 - Suporte no fluxo de síntese, layout digital e testes experimentais do ASIC de aquisição e processamento digital de sinais para o Time Projection Chamber do experimento ALICE (CERN), BP.TT; 15/26912-1 - Desenvolvimento de instrumentação científica para o experimento ALICE do LHC-CERN, BP.PD; 16/00320-3 - Desenvolvimento de instrumentação científica para o experimento ALICE do LHC-CERN, BP.TT; 15/22410-1 - Desenvolvimento de instrumentação científica para o experimento ALICE do LHC-CERN, BP.TT - menos bolsas vinculadas
• Assunto(s): Microeletrônica Instrumentação (física) Acelerador de partículas Time projection chamber Detectores de radiação Grande Colisor de Hádrons Experimento ALICE

Resumo

ALICE (A Large Ion Collider Experiment) é um dos quatro grandes experimentos do acelerador de partículas LHC (Large Hadron Collider) instalado no laboratório europeu CERN (European Organization for Nuclear Research). Um programa de atualizações desse experimento acaba de ser aprovado pelo comitê gestor do acelerador LHC. Entre as atualizações planejadas para os próximos anos de funcionamento do experimento ALICE, está a melhoria na resolução e eficiência do rastreamento de partículas produzidas em colisões entre íons pesados, mantendo a excelente capacidade de identificação de partículas para uma taxa de leitura de eventos significativamente maior em relação à atual e permitindo o estudo de observáveis raros que devem permitir um avanço significativo na compreensão da matéria nuclear. Para se alcançar esse objetivo, entre outras ações, é preciso atualizar a eletrônica de leitura dos sinais de diversos detetores do experimento ALICE como o Time Projection Chamber (TPC) e os Muon Tracking Chambers (MCH). O detector TPC é o principal dispositivo do experimento ALICE para o rastreamento e identificação de partículas carregadas, enquanto o MCH permite a medida de múons próxima à direção do feixe. A principal modificação a ser feita na eletrônica desses detetores consiste na criação de um novo ASIC (Application Specific Integrated Circuit) que será instalado na eletrônica de front-end com o objetivo de amplificar, converter e filtrar o sinal digital gerado por esses detetores. E para que o TPC alcance a taxa de leitura de eventos requerida, também é necessária a migração dos sensores tipo MWPC (Multi Wire Proporcional Chamber) para GEM (Gas Electron Multiplier). Neste projeto, propõem-se a realização sob completa responsabilidade dos grupos brasileiros do design, simulação, prototipagem, teste experimental, validação e fabricação desse novo ASIC que funcionará nas novas condições impostas pelo LHC, com menor consumo de potência comparado com a versão anterior do chip, e que possa operar em ambientes submetidos à radiação. Concomitantemente, também se propõem a realização de pesquisa e desenvolvimento para a utilização dos sensores tipo GEM no TPC do experimento ALICE, e o desenvolvimento de outras aplicações desse dispositivo em colaboração com pesquisadores do IPEN (Instituo de Pesquisas de Energéticas e Nucleares) e outros grupos do Departamento de Física Nuclear da USP. (AU)