Estrutura feita em silício, que integrará o ALICE mede 9 mm x 9 mm
Em meados de julho deste ano, cientistas do Instituto de Física (IF) e da Escola Politécnica (Poli), ambos da USP, deverão concluir a segunda versão do protótipo de um chip que será fundamental em um dos experimentos do maior acelerador de partículas do mundo, o LHC (Large Hadron Colider). Apelidado de SAMPA, o chip será uma estrutura de apenas 9 milímetros (mm) x 9 mm, feita em silício, que integrará o experimento ALICE (A Large Ion Collider Experiment) do LHC, que envolve cerca de 1.300 cientistas de diferentes países e de mais de 30 instituições de pesquisas.
O LHC está situado entre a França e a Suíça e foi inaugurado em 2008. A estrutura forma um anel subterrâneo com 27 quilômetros de circunferência onde circulam prótons em direções opostas e que são acelerados a velocidades próximas 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. Desde então, o LHC teve suas atividades interrompidas para melhorar o seu desempenho.
“No início deste ano, o LHC retomou suas atividades e está previsto um novo upgrade para o ano de 2020”, conta o professor Marcelo Gameiro Munhoz, do Departamento de Física Nuclear do IF. Ele, o professor Marco Bregant, também do IF, o professor W ilhelmus Van Noije, do Laboratório de Sistemas Integráveis (LSI) da Poli, e os engenheiros Hugo Hernandez e Brunos Sanches, também do LSI, são os responsáveis pelo desenvolvimento do protótipo.
De acordo com o pesquisador, no experimento ALICE 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 pelos 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 micro-segundos 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. Além do ALICE, o LHC possui outros três experimentos: ATLAS, CMS e LHCb.
80 mil chips
O SAMPA também vem sendo estudado pelo grupo de cientistas para outras aplicações, como na medição de nêutrons emitidos em reatores nucleares, e na utilização para sistemas de raios-X “coloridos”, onde uma imagem “à cores”, ou seja, que registra a frequência do raio-X emitido, é obtida. O sistema estudado, que utilizará o chip SAMPA, tem a grande vantagem de propiciar imagens grandes em um curto intervalo de tempo, o que significa uma baixa exposição à radiação, ao contrário dos sistemas mais comumente utilizados atualmente para essa aplicação.“Até o ano de 2018 deveremos produzir e entregar 80 mil chips que serão utilizados em dois detetores do experimento ALICE”, avisa Munhoz. Segundo ele, o desenvolvimento dos primeiros protótipos conta com um investimento da ordem de R$ 1 milhão, com recursos da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp). “O primeiro protótipo foi entregue no final do ano passado. O novo, que é a segunda versão, deverá ser produzido em julho e ainda aguardamos a aprovação do projeto para a produção dos chips finais”, informa Munhoz. Toda a produção dos protótipos é feita em Taiwan, já que no Brasil ainda não existem indústrias capazes de produzí-los. “A expectativa é que o protótipo definitivo seja concluído em 2016”, avalia o pesquisador. O experimento ALICE representa um investimento da ordem de US$ 200 milhões. As cifras dão ideia do tamanho da responsabilidade dos pesquisadores brasileiros no empreendimento.
Foto: Marcos Santos / USP Imagens
Mais informações: (11) 3091-6678, com o professor Marcelo Gameiro Munhoz
