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

• Processo: 15/26912-1
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de abril de 2016
• Data de Término da vigência: 31 de dezembro de 2016
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Elétrica - Medidas Elétricas, Magnéticas e Eletrônicas, Instrumentação
• Pesquisador responsável: Wilhelmus Adrianus Maria van Noije
• Beneficiário: Hugo Daniel Hernandez Herrera
• Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 14/12664-3 - Desenvolvimento de instrumentação científica para o experimento ALICE do LHC-CERN, AP.ESP
• Assunto(s): Microeletrônica Acelerador de partículas Câmara de projeção temporal Conversores A/D e D/A CMOS Detectores de radiação à gás Experimento ALICE Grande Colisor de Hádrons
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Acelerador de partículas | amplificadores sensores para detectores gasosos | Circuitos de baixo ruído | Conversores analogo-digital | Microeletrônica | Projeto de CIs CMOS analógicos | Microeletrônica

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 detectores 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 detectores 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 gerado por esses detectores. E para que o TPC alcance a taxa de leitura de eventos requerida, também é necessária a migração dos sensores tipo MWPC (Multi Wire Proportional 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.O ASIC proposto neste projeto para ser usado no ALICE TPC, pode ser adaptado para outras aplicações como raio-X digital para geração de imagens médicas com alta resolução e baixa radiação, detetores de raios gamma aplicados, sensores de radiação, sensores de pressão e aceleração, etc. Os circuitos projetados como blocos funcionais do ASIC proposto poderão ser utilizados como IPs (Intellectual property) na implementação de novos ASICs para estas aplicações. Concomitantemente, também propõem-se 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)